Enregistreur de données Arduino Pro-mini : 15 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Instructions de construction pour l'enregistreur de données pro-mini Arduino open source

Avis de non-responsabilité: La conception et le code suivants sont téléchargeables et utilisables gratuitement, mais ne sont accompagnés d'aucune garantie de quelque nature que ce soit.

Je dois d'abord remercier et promouvoir les personnes talentueuses qui ont inspiré l'idée de cet enregistreur de données et contribué au code et aux capteurs utilisés. Tout d'abord, l'idée de l'enregistreur de données est venue de l'enregistreur de données très bien conçu et bien expliqué (désolé notre tutoriel n'est pas aussi bon) d'Edward Mallon: https://thecavepearlproject.org/2017/06/19/ arduin…

Deuxièmement, les capteurs d'humidité du sol open source utilisés ici, ainsi que le code/la bibliothèque pour les exécuter, ont été conçus et construits par Catnip Electronics. Ce sont des capteurs de haute qualité et très robustes. Des informations sur l'endroit où les acheter et obtenir le code pour les exécuter (merci Ingo Fischer) sont données ci-dessous.

Étape 1: Matériaux, outils, équipement nécessaire

Carte Arduino Pro-mini. Pour cette application, nous utilisons des clones pro-mini open-source (comme toutes nos pièces) de fabrication chinoise (5V, 16MHz, microprocesseur ATmega 326) (Fig. 1a). Ces cartes peuvent être achetées sur Aliexpress, Ebay et des sites Web similaires pour moins de 2 $ US. Cependant, d'autres cartes pourraient être utilisées tout aussi facilement (prenez note des exigences de tension des capteurs nécessaires, ainsi que des exigences de mémoire du programme).

Carte SD et module de journalisation en temps réel (RTC) édités par Deek-Robot (ID: 8122) (Fig 1b). Ce module comprend un DS13072 RTC et un lecteur de carte micro-sd. Ces cartes coûtent moins de 2 $US et sont très robustes.

L'adaptateur à borne à vis Arduino nano (oui - "nano"), a également sorti Deek-Robot, qui peut être acheté pour moins de 2 $ US auprès d'Aliexpress ou similaire (Fig. 1c). Comme vous pouvez le voir, nous adorons Aliexpress.

Fil isolé à âme pleine de calibre 22 (Fig. 1d).

Boîtier enregistreur de données (Fig. 1e). Nous utilisons des boîtes « de qualité recherche », mais les articles en plastique bon marché fonctionnent très bien dans la plupart des situations.

Boîtier de piles pour 4 piles AA NiMh (Fig. 1f). Ceux-ci peuvent être achetés sur Aliexpress pour env. 0,20 $ chacun (ouais – 20 cents). Ne gaspillez pas votre argent dans des boîtiers de batterie plus chers.

Panneau solaire 6V, ca 1W. Peut être acheté sur Aliexpress pour moins de 2 $ US.

Fer à souder, brasure et flux de type passé.

Pistolet à colle chaude.

Étape 2: Instructions de construction

Temps requis pour la construction: environ 30 à 60 min.

Préparez l'adaptateur de borne nano pour la soudure.

Aux fins de cette démonstration, nous préparerons l'adaptateur de borne à vis nano pour faciliter la connexion de trois capteurs d'humidité du sol I2C. Cependant, avec juste un peu de créativité, les bornes à vis pourraient être préparées de différentes manières pour faciliter d'autres appareils. Si vous ne savez pas ce qu'est I2C, consultez les sites Web suivants:

howtomechatronics.com/tutorials/arduino/ho…

www.arduino.cc/en/Reference/Wire

L'idée d'utiliser des adaptateurs à vis nano est tirée de la merveilleuse conception d'enregistreur de données d'Edward Mallon:

thecavepearlproject.org/2017/06/19/arduino…

Coupez les traces à l'arrière de la borne à vis entre les grandes et petites broches aux positions 3, 5, 9, 10 et 11 (en comptant à partir du haut de la borne) (Fig. 2). Ces tracés correspondent aux étiquettes « RST », « A7 », « A3 », « A2 » & « A1 » sur la borne à vis. Couper les traces est beaucoup plus facile si vous disposez d'un outil de type 'Dremel', mais si vous n'en avez pas, un petit couteau fera l'affaire facilement. Ne vous coupez pas ! Notez que les étiquettes sur la borne à vis et sur le pro-mini ne sont pas toutes les mêmes (le nano et le pro-mini ont des broches à des endroits différents). C'est l'un des inconvénients de cette conception, mais il est assez facile de ré-étiqueter le bornier lorsque vous avez terminé, si vous le souhaitez.

Grattez soigneusement (à l'aide d'un Dremel ou d'un petit couteau) la fine couche d'époxy directement adjacente aux grandes broches 9, 10 et 11 (étiquetées « A3 », « A2 », « A1 » sur la borne nano) (Fig. 2). Le revêtement de cuivre exposé sous l'époxy est relié à la carte Arduino pro-mini. Nous souderons plus tard cette section exposée aux broches adjacentes, fournissant ainsi trois bornes à vis mises à la terre.

Étape 3: Instructions de construction

Coupez huit longueurs de 8 cm de fil isolé de calibre 22 et dénudez environ 5 mm d'isolant à une extrémité et 3 mm à l'autre extrémité. Nous vous recommandons d'utiliser un fil à âme pleine.

Prenez quatre de ces fils, pliez une extrémité à 90 degrés (l'extrémité avec un fil de 5 mm ou dénudé) et soudez *à travers* (c'est-à-dire en joignant toutes les broches avec une soudure et un flux copieux) aux points suivants:

Fil 1: grandes broches 3, 4 et 5 (étiquetées « RST », « 5V », « A7 » sur la borne nano). Nous allons modifier ces trois bornes à vis en trois bornes VCC (Fig. 3).

Étape 4: Instructions de construction

Fil 2: grandes broches 9, 10 et 11 (étiquetées « A3 », « A2 », « A1 » sur la borne nano) ainsi que le revêtement de cuivre exposé qui a été exposé plus tôt. Utilisez beaucoup de soudure. Ne vous inquiétez pas si cela semble désordonné. Nous allons modifier ces trois bornes à vis en trois bornes de masse (-) (Fig. 4).

Étape 5: Instructions de construction

Fil 3: grandes broches 13, 14 et 15 (étiquetées « REF », « 3V3 », « D13 » sur la borne nano). Nous allons modifier ces trois bornes à vis en trois bornes A5 SCL pour les communications I2C (Fig. 5).

Étape 6: Instructions de construction

Fil 4: grandes broches 28, 29 et 30 (étiquetées « D10 », « D11 », « D12 » sur la borne nano). Nous allons modifier ces trois bornes à vis en trois bornes A4 SDA pour les communications I2C (Fig. 6).

Étape 7: Instructions de construction

Soudez un fil à chacune des petites (je répète – petites) broches 9, 10 et 11 (étiquetées « A3 », « A2 », « A1 » sur la nano-borne) (Fig. 7).

Étape 8: Instructions de construction

Souder

le fil restant à la grande broche 22 (étiquetée « D4 » sur la borne nano) (Fig. 8).

Étape 9: Instructions de construction

Soudez l'extrémité libre de chaque fil dans ses trous d'épingle correspondants sur le blindage de l'enregistreur de données Deek-Robot (Fig. 9):

grande broche 'RST+5V+A7' au trou de broche 5V

grande broche 'A3+A2+A1' au trou de broche GND

petite broche 'A3' dans le trou de la broche SCK

petite broche 'A2' au trou de la broche MISO

petite broche 'A1' au trou de la broche MOSI

grande broche 'REF+3V3+D13' au trou de broche SCL

grande broche 'D10+D11+D12' au trou de broche SDA

et la grande broche 'D4' dans le trou de la broche CS

Étape 10: Instructions de construction

Veuillez noter que nous fournissons les étiquettes nano ici uniquement pour faciliter la connexion. Ces étiquettes ne correspondront pas aux broches de la carte pro-mini une fois celle-ci insérée dans la borne à vis.

Soudez deux fils de 6 cm de long dans les trous d'épingle A4 et A5 du dessous de la carte pro-mini (Fig. 10).

Étape 11: Instructions de construction

Soudez les broches à la carte pro-mini et insérez-la dans la borne à vis terminée. N'oubliez pas d'insérer les fils A5 et A4 dans les bornes D12 (A4) et D13 (A5) de la carte nano. Rappelez-vous toujours que les broches des étiquettes Arduino et des bornes à vis ne s'aligneront pas exactement (les cartes pro-mini et nano ont des dispositions de broches différentes).

Insérez une pile CR 1220 et une carte micro-sd dans la carte logger. Nous utilisons des cartes SD avec des capacités inférieures à 15 Go, car nous avons eu des problèmes avec des cartes de plus grande capacité. Nous utilisons le formatage des cartes en FAT32.

Enfin, couvrez tous les joints soudés et fixez tous les fils au bornier avec de la colle chaude.

Le tableau est maintenant prêt à être utilisé. Le tableau terminé devrait maintenant ressembler à ceci: Fig. 11.

Étape 12: Configuration de l'enregistreur de données pour une utilisation sur le terrain

Pour éviter que votre enregistreur de données ne bascule dans le boîtier de l'enregistreur de données, ainsi que pour permettre un accès facile aux broches de communication, nous vous recommandons de réaliser une plate-forme de stabilisation. La plateforme maintient également l'électronique à au moins quelques centimètres du fond du boîtier, en cas d'inondation. Nous utilisons une feuille acrylique de 1,5 mm et la connectons à l'enregistreur de données avec des boulons, des écrous et des rondelles de 4 mm (Fig. 12).

Étape 13:

Nous utilisons des capteurs d'humidité du sol de type capacitif I2C open source. Nous les achetons auprès de Catnip Electronics (site Web ci-dessous). Ils peuvent être achetés sur Tindie et coûtent environ 9 $US pour le modèle standard et environ 22 $US pour le modèle robuste. Nous avons utilisé la version robuste dans des expériences sur le terrain. Ils sont très robustes et offrent des performances similaires à celles des alternatives commerciales beaucoup plus chères (nous ne mettrons personne sur Front Street, mais vous connaissez probablement les suspects habituels).

Capteur Catnip Electronics I2C présenté dans ce tutoriel:

acheter ici:

bibliothèque arduino:

bibliothèque arduino sur Github:

Fixez le fil jaune du capteur I2C à l'une des bornes à vis A5. Fixez le fil vert du capteur I2C à l'une des bornes A4. Les fils rouge et noir du capteur vont respectivement aux bornes VCC et à la terre.

Placez quatre batteries NiMh chargées dans le boîtier de la batterie. Fixez le fil rouge (+) à la broche RAW de l'enregistreur de données (c'est-à-dire la broche RAW sur la carte pro-mini) (mais voir la section « économie d'énergie » ci-dessous). Attachez le fil noir (-) à l'une des broches de terre de l'enregistreur de données.

Pour une utilisation sur le terrain à long terme, fixez un panneau solaire 6V 1W à l'enregistreur. Le panneau solaire sera utilisé pour faire fonctionner l'enregistreur de données et charger la batterie pendant la journée, et fonctionne même sous un ciel nuageux (bien que la neige soit un problème).

Tout d'abord, soudez une diode Schottky ~ 2A sur la borne positive du panneau solaire. Cela empêchera le courant de retourner dans le panneau solaire lorsqu'il n'y a pas de rayonnement solaire. N'oubliez pas de le faire ou vous aurez des piles à plat en un rien de temps.

Fixez la borne (+) du panneau solaire (c'est-à-dire la diode) à la broche RAW de l'enregistreur (c'est-à-dire la broche RAW du pro-mini) et la borne (-) du panneau solaire à l'une des terre bornes sur l'enregistreur.

Cette configuration permet au régulateur de tension intégré dans la carte pro-mini de réguler la tension provenant à la fois du panneau solaire et de la batterie. Maintenant… je dirai que ce n'est pas une configuration idéale pour charger des batteries NiMh (difficile même dans des conditions parfaites). Cependant, les panneaux solaires que nous utilisons produisent environ 150 mA en plein soleil, ce qui correspond à environ 0,06 C (C = la capacité de la batterie), ce qui s'est avéré pour nous une méthode de charge simple, sûre et fiable. pour nos bûcherons. Nous les avons fait fonctionner de cette manière sur le terrain jusqu'à un an dans le Colorado. Cependant, veuillez consulter la clause de non-responsabilité - nos enregistreurs ne sont fournis avec aucune garantie ou garantie. Chaque fois que vous utilisez des batteries ou des panneaux solaires sur le terrain, vous courez le risque de déclencher un incendie. Fais attention. Utilisez cette conception à vos risques et périls !

Fixez l'enregistreur de données et la batterie dans un boîtier étanche (Fig. 13).

Étape 14: Économie d'énergie

Nous désactivons souvent les LED d'alimentation des cartes pro-mini et de l'enregistreur de données. Les traces de ces LED peuvent être soigneusement coupées avec une lame de rasoir (voir lien ci-dessous). Chaque LED consomme environ 2,5 mA de courant à 5 V (lien ci-dessous). Cependant, pour de nombreuses applications, cette perte de puissance sera négligeable et le chercheur peut simplement laisser les LED d'alimentation telles quelles.

www.instructables.com/id/Arduino-low-Proje…

Nous exécutons également la bibliothèque 'LowPower.h' (par 'rocketscream'; lien donné ci-dessous), qui est très facile à utiliser et réduit considérablement la consommation d'énergie entre les intervalles d'enregistrement.

github.com/rocketscream/Low-Power

Après avoir retiré les voyants d'alimentation du pro-mini et de la carte d'enregistrement de données et exécuté la bibliothèque LowPower.h (voir « code » ci-dessous), l'enregistreur consommera env. 1mA de courant à 5V pendant le sommeil. Exécutant simultanément trois capteurs I2C, l'enregistreur en mode veille (entre les itérations d'échantillonnage) consomme environ 4,5 mA à 5 V et environ 80 mA lors de l'échantillonnage. Cependant, comme l'échantillonnage se produit très rapidement et assez rarement, la consommation de courant de 80 mA ne contribue pas de manière significative à l'épuisement de la batterie.

Plus d'énergie peut être économisée lorsque vous n'utilisez pas de panneaux solaires en connectant la borne (+) de la batterie directement à la broche VCC de l'enregistreur. Cependant, la connexion directe au VCC, plutôt qu'à la broche RAW, évite le régulateur de tension intégré, et le courant vers les capteurs ne sera pas aussi constant qu'il l'aurait été s'il avait été acheminé via le régulateur. Par exemple, la tension diminuera au fur et à mesure que la batterie se déchargera au fil des jours et des semaines, et dans de nombreux cas, cela entraînera une variation significative des lectures des capteurs (selon les capteurs que vous utilisez). Ne connectez pas un panneau solaire directement au VCC.

Étape 15: Coder

Nous incluons deux croquis pour faire fonctionner l'enregistreur de données avec trois capteurs d'humidité du sol I2C. Le premier croquis "logger_sketch" échantillonnera à partir de chaque capteur et enregistrera les données de capacité et de température sur la carte SD toutes les 30 minutes (mais peut être facilement modifié par l'utilisateur). Le deuxième croquis 'ChangeSoilMoistureSensorI2CAddress' permettra à l'utilisateur d'attribuer différentes adresses I2C à chacun des capteurs afin qu'ils puissent être utilisés simultanément par l'enregistreur de données. Les adresses dans le « logger_sketch » peuvent être modifiées aux lignes 25, 26 et 27. Les bibliothèques nécessaires pour exécuter le capteur peuvent être trouvées sur Github.