Alaska-Datenlogger - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Alaska steht am Rande des fortschreitenden Klimawandels. Seine einzigartige Lage, eine ziemlich unberührte Landschaft zu haben, die mit einer Vielzahl von Kohlengruben-Kanarienvögeln bevölkert ist, ermöglicht viele Forschungsmöglichkeiten. Unser Freund Monty ist ein Archäologe, der bei Camps für Kinder in Ureinwohnerdörfern im ganzen Bundesstaat hilft - Culturalalaska.com. Er hat mit diesen Kindern Cache-Sites für die historische Konservierung von Lebensmitteln gebaut und wollte eine Möglichkeit zur Temperaturüberwachung, die er für etwa 8 Monate im Winter verlassen kann. Ein Nahrungscache in Alaska soll das Eindringen von Bären verhindern und kann entweder vergraben oder in einer kleinen hüttenähnlichen Struktur an Stangen befestigt werden. Leider macht die Erwärmung des Klimas viele dieser praktischen Kühlschrank-Designs diesen Sommer eher zu einer Mikrowelle - ehrlich gesagt ist es hier oben wirklich heiß! Es gibt viele kommerzielle Datenprotokollierungsgeräte, aber Alaska brauchte eine eigene DIY-Marke: Wasserdicht, Zwei wasserdichte Sensoren an langen Leitungen, die sich im Cache befinden könnten und ein weiterer, der auf der Oberfläche liegt, Etwas baubares für Kinder mit einem MINT-Programm, Minimal Wartung, Langzeitbatterie, Einfacher Download von SD-Karte, 3D-druckbar, wiederaufladbar, Echtzeituhr und günstig.

Das Design ist mit jedem 3D-Drucker vollständig druckbar und ich habe das Design für die Leiterplatte erstellt, die Sie bestellen und mit leicht zu beschaffenden Komponenten bestücken können. Die Batterie ist generisch 18650, die mit 12x/Tag-Messungen etwa ein Jahr halten sollte und das Aufladen erfolgt, indem Sie einfach einen Tag lang etwas Strom einstecken. Es ist um den O-Ring herum konstruiert, der in Hauswasserreinigern verwendet wird, so dass er leicht zu bekommen ist und mit Silikonfett und dem Anziehen der gut platzierten Schrauben Schutz für den Alaska-Winter bieten sollte, wenn er dieses Jahr kommt….

Schritt 1: Sammeln Sie Ihre Vorräte

Die wunderbaren Designs von Adafruit machen die meisten Komponenten auf der Platine aus – sie sind etwas teurer, aber sie sind sehr praktikabel und zuverlässig. (Ich habe keine finanziellen Verbindungen zu irgendeiner Firma…) Ich habe einen Creality CR10 Drucker für die 3D Teile verwendet. Die beiden Schalter sind wasserdichte Sorte.

1. Vktech 5pcs 2M wasserdichter digitaler Temperatur-Temperatursensor-Sonde DS18b20 $2

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

3. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout 5

4. Adafruit Feather 32u4 Adalogger $22 Sie können auch die MO-Version verwenden, aber die Batteriestandslinie befindet sich auf einem anderen Pin und Sie müssen sie in der Software ändern.

5. IZOKEE 0,96 '' I2C IIC 12864 128X64 Pixel OLED $ 4

6. Robuster Metall-Ein / Aus-Schalter mit blauem LED-Ring - 16 mm Blau Ein / Aus $ 5

7. Robuster Metalldruckknopf mit blauem LED-Ring - 16mm Blau Momentary $5

8. Eine Vielzahl von Schnellverbindungen für eine einfache Montage

9. 18650 Batterie 5

10. Captain O-Ring - Whirlpool WHKF-DWHV, WHKF-DWH & WHKF-DUF Wasserfilter austauschen

Schritt 2: Erstellen Sie es

Das Design des Gehäuses basiert auf dem leicht erhältlichen O-Ring eines Standard-Wasserfilters für das ganze Haus von Westinghouse. Der Ring gleitet in eine silikongeschmierte Nut zwischen den beiden bedruckten Gehäusehälften. Der Boden des Gehäuses bietet Platz für den 18650er Akku und die beiden wasserdichten Steuerschalter - es gibt auch ein Loch für den Ausgang der Kabel für die Temperaturfühler. Die beiden Dateien für die obere und untere Hälfte sind unten.

Der untere Abschnitt wird vervollständigt, indem einige 4 mm oder gleichwertige Nylonschrauben genommen und deren Köpfe entfernt und in die dafür gebohrten Stützpfeiler einzementiert werden. Verwenden Sie eine geeignete Länge, so dass die Nylon-Hutmuttern auf der Oberseite sie gerade bedecken, wenn die beiden Hälften verbunden sind. Sowohl der obere als auch der untere Abschnitt müssen mit Unterstützung gedruckt werden. Komplettiert wird das Oberteil durch das Einkleben eines runden Kunststofffensters aus dünnem Lexan.

Schritt 3: Verdrahten Sie es

Die Montage der Platine ist recht einfach. Ich entwarf das Board in Eagle und schickte es zur Herstellung an PCBway - ehrlich gesagt das billigste Ding aller Zeiten. Wenn Sie es leicht verdrahten möchten, folgen Sie einfach dem Schaltplan in der Brd-Datei. Der kleine LED-Bildschirm wird über die I2C-Anschlüsse auf der Platine zusammen mit Strom und Masse angeschlossen. Das Herzstück des Systems ist der TPL5111, der direkt an die Batterie angeschlossen wird und die ganze Zeit eingeschaltet bleibt. Es verfügt über einen wählbaren Timer (variabler Widerstand), der das System alle 2 Stunden bis jede Sekunde aufweckt, indem der Enable-Pin am Feather-Modul aktiviert wird. Die RTC kommuniziert über denselben I2C-Bus wie die LED – sie haben unterschiedliche Adressen. Der Feather ist auch über den Ein/Aus-Schalter mit dem JST-Kabel mit dem 18650-Akku verbunden, um das System vollständig auszuschalten. Dies ermöglicht das integrierte Aufladen durch die Feder, wenn der Akku schwach ist, indem Sie einen Micro-USB in die Feder einstecken. Immer wenn Sie neue Software auf den Feather hochladen, müssen Sie daran denken, den TPL5111 durch Drücken seiner Taste zu starten, da der Feather sonst den USB-Boot-Aufruf nicht beantwortet. Die Drucktaste ist so konzipiert, dass sie den LED-Bildschirm nur beim Drücken mit Strom versorgt und ein High-Signal an den TPL5111 sendet, das es der Feather ermöglicht, sich so lange einzuschalten, wie Sie die Taste gedrückt halten. Dies geschieht, um die Zeit zu begrenzen, die der Bildschirm eingeschaltet ist – es wird nur verwendet, um den Status der Temperaturfühler, den Batteriestand und die Uhrzeit/das Datum sowie die Dateigröße zu überprüfen, die Sie erstellen. Das letzte Stück der Verkabelung sind die beiden Sonden, die durch die letzte Bohrstelle in der unteren Hälfte platziert werden. Diese wurden mit JST 3-Pin-Steckern verbunden, um das Entfernen zu erleichtern. Ich habe es versäumt, den 4,7K-Widerstand auf der Platine zu platzieren, um den Daten- und Spannungsstift mit dem Temperatursensorbus zu verbinden. Dies muss also an einem der Sensoranschlusspunkte auf der Platine erfolgen - sie sind beschriftet, damit es einfach sein sollte. Beide gehen an denselben GPIO-Pin an der Feder, sodass nur eine Widerstandsverbindung erforderlich ist.

Schritt 4: Programmieren Sie es

Das Programm ist sehr leicht zu verstehen. Die SD-Bibliothek dient zur Verwendung der SD-Kartendatei, die in das Federboard integriert ist. Die OneWire- und Dallas-Temp-Bibliotheken dienen zum Abrufen der Eindraht-Messwerte von den Temperatursonden. DonePin soll dem TPL5111 mitteilen, dass alle Daten gelesen wurden und es in Ordnung ist, das Featherboard zu deaktivieren. VBatpin ist der Stift an der Feder, der einen Spannungsteiler hat, um den Wert der Lipo-Batterie abzulesen. Die Asciiwire-Bibliothek soll den LED-Bildschirm ausführen. Der OneWireBus ist in diesem Fall GPIO Pin 6. Das SD-Dateisystem für diesen Datenlogger erstellt eine Datei ANALOG02. TXT, um alle Daten zu sammeln. Es öffnet jedes Mal dieselbe Datei und fügt ihr einfach etwas hinzu. Um alte Daten loszuwerden, müssen Sie den Chip aus dem SD-Kartenhalter nehmen und auf einen Computer herunterladen – zum Beispiel in die Excel-Tabelle. Dies ist ganz einfach mit dem Abschnitt DATEN-Import der Kalkulationstabelle möglich. Die Dateien werden dann vom Chip entfernt und wenn der Feather ihn wieder öffnet, baut er einen neuen auf. Als nächstes kommt die Zeit-/Datumseinstellung für die RTC. //rtc.adjust(DateTime(F(_DATE_), F(_TIME_))); Entfernen Sie die Kommentarzeichen, um Ihre RTC auf Ihre Startzeit einzustellen, und programmieren Sie dann den Chip mit dieser auskommentierten Zeile neu, damit der Computer beim nächsten Start nicht dieselbe Startzeit verwendet, anstatt ihn von seinem batteriegepufferten Zeitmesser füllen zu lassen in. Der Abschnitt loop() öffnet die SD-Datei, ruft Datum/Uhrzeit ab, liest und konvertiert beide Sensoren, berechnet den Batteriestand und schreibt ihn auf die SD-Karte. Es macht dann den donePin hoch, um die Sequenz zu beenden.

Schritt 5: Verwenden Sie es

Der Akku wird vollständig aufgeladen, indem der Feather in einen MicroUSB-Stecker gesteckt wird. Die Lade-LED leuchtet, bis sie vollständig aufgeladen ist – sie ist langsam. Eine frische SD-Karte ohne ANALOG02. TXT wird in den Chiphalter eingelegt. Der Deckel wird montiert und die fünf Muttern werden gegen die Gummidichtung geschraubt. Der Netzschalter wird eingeschaltet und nach etwa 4 Sekunden wird der Druckknopf gedrückt gehalten. Es zeigt zunächst schnell eine Standardtemperatur an und nach dem Löschen des Bildschirms werden T1 und T2 als Ausgänge der Temperaturfühler angezeigt. Sie können einen mit der Hand aufwärmen, damit er als T1 und T2 bezeichnet werden kann. Auf dem Bildschirm werden auch Stunde, Minute, Sek, Tag, Monat und Jahr des Messwerts sowie der Batteriestand und die Größe Ihrer Datei zu diesem Zeitpunkt angezeigt. Diese Überprüfung wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass alles gut läuft, bevor Sie es 8 Monate lang verlassen. Lassen Sie die Taste los und platzieren Sie die Sonden dort, wo die Temperaturmessungen durchgeführt werden sollen. Sie sind wasserdicht und hoffentlich auch Ihre Maschine. Der erste Ausflug dieser Maschine wird in Iliamna Alaska stattfinden, wo sie bis zum nächsten April unter der Erde sein wird. Bei frühen Tests erwies sich diese Batteriegröße als gut genug für mindestens 1 1/2 Jahre bei 12 Ablesungen pro Tag, alles aufgrund des Power-Marshalling des TPL5111. Studien zur globalen Erwärmung sind für alle sehr wichtig, an denen sie beteiligt sind – gehen Sie raus und machen Sie etwas Wissenschaft!