Le Projet Serre (RAS) : Surveiller les éléments pour réagir sur notre plantation : 18 étapes (avec photos)

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

Ce projet propose de surveiller la température, la luminosité et l'humidité de l'air, ainsi que la température et l'humidité du bosquet. Il propose également de mettre en réseau ces mesures qui sont ainsi lisibles sur le site Actoborad.com

Pour ce faire, nous connectons 4 capteurs au microcontrôleur Nucleo L432KC:

- un capteur de luminosité TLS2561 par Adafruit;

- un capteur d'humidité et de température DHT22 de Gotronic;

- une sonde de température DS1820;

- un capteur d'humidité Grove - Capteur d'humidité par Seeed Studio

Les mesures sont effectuées toutes les 10 minutes et sont mises en réseau via un Breakout TD1208 de Sigfox. Comme dit plus haut, celui-ci est lisible sur le site Actoboard.com Sur ce microcontrôleur est également branché un écran OLED Display 128x64 qui affichera en permanence les dernières mesures effectuées. Enfin, le système est autonome électriquement grâce à une cellule photovoltaïque de 8x20cm et une batterie de 1.5Ah. Ils sont connectés au Nulceo avec un LiPo Rider Pro de Seeed Studio. Le système est placé dans une boîte imprimée en 3D.

Comme vous pouvez le voir dans le synoptique.

Le code compilé dans le microcontrôleur via os.mbed.com est nommé 'main.cpp'. Les librairies utilisées sont disponibles dans le lien suivi, quel est notre projet mbed:

Étape 1: mise en réseau

Une partie importante de ce projet consistait à mettre en réseau les mesures et à les rendre facilement accessibles. Toutes les 10 minutes, des capteurs mesurent différents paramètres et un module sigfox TD1208 est utilisé pour transmettre ses mesures. Les résultats sont disponibles sur le site Actoboard:

Après avoir créé un compte bluemix, nous pouvons utiliser l'application Node-red pour afficher nos résultats graphiquement.

Programmation sur Node-red pour récupérer les informations d'Actoboard

Lien public pour visualiser les résultats en temps réel:

Étape 2: Composants

Pour ce projet voici une liste des principaux composants utilisés:

Microcontrôleur: Nucleo STM32L432KC

Affichage: écran LCD

Sigfox: module Sigfox

A propos des capteurs:

- Capteur d'air: DHT22 (Température et humidité)

- Capteurs de sol: température Grove et humidité Grove

- Capteur de luminosité: Capteur de lumière

Source de courant:

- LIPO (Carte adaptateur d'alimentation)

- Batterie

- Panneau photovoltaïque

Étape 3: Consommation

L'un des points les plus importants de notre projet est que le système doit être autonome en énergie. Pour cela, nous utilisons une batterie et une cellule solaire. La batterie peut délivrer un courant de 1050 mA en 1 heure avec une tension de 3,7 V: 3 885Wh. La cellule solaire sert à recharger la batterie, elle délivre une tension de 5,5 V sous 360 mA une puissance égale à 2 W.

Consommation théorique de notre système: - Capteur de température DHT22: à max 1,5 mA et au repos 0,05 mA - Capteur de température Grove: max 1,5 mA - Capteur de lumière: 0,5 mA - Nucleo Cart: + 100 mA - Afficheur LCD: 20 mA - Sigfox TD1208 module: envoi 24 mA (dans ce projet, rien n'est reçu avec ce module) et au repos 1,5 A

Au repos, la consommation est négligeable par rapport à la puissance de la batterie. Lorsque le système sort du mode veille (toutes les 10 minutes), tous les capteurs effectuent des mesures, l'écran affiche le résultat et le module sigfox transmet ces résultats. On considère que tous les composants consomment un maximum à ce moment: on utilise environ 158 mA toutes les 10 minutes donc 6 * 158 = 948 mA en 1 heure. La batterie peut tenir un peu plus d'une heure avant de se décharger complètement.

Le but est de dépenser un minimum d'énergie pour avoir le moins possible besoin de recharger la batterie. Sinon, si la cellule solaire ne reçoit pas de soleil pendant un certain temps, elle ne pourrait pas charger la batterie qui se déchargerait et notre système s'éteindrait.

Étape 4: Concevoir le PCB

Commençons la partie PCB !

Nous avons eu beaucoup de problèmes pour une étape que nous ne pensions pas nous prendre autant de temps. Première erreur: ne pas avoir sauvegardé le PCB à plusieurs endroits. En effet, le premier PCB réalisé a été supprimé lorsque l'USB a eu quelques problèmes. Maintenant, tous les fichiers à l'intérieur de la clé USB ne sont pas accessibles. Du coup, il fallait trouver l'énergie nécessaire à ce puzzle pour l'industrialisation de notre projet. Petit détail qui reste important, il faut que les connexions soient toutes en dessous du PCB et que l'on établisse un plan de masse. Une fois le courage retrouvé, on peut refaire le schéma électronique sur ALTIUM comme vous pouvez le voir ci-dessous:

Étape 5:

Il contient les capteurs, la carte Nucleo, le module Sigfox et l'écran LCD.

On passe à la partie PCB, on perd tellement de temps dessus, mais à la fin on a réussi. Une fois imprimé on le teste… et voilà le drame. La demi-carte NUCLEO est inversée. On peut aussi regarder le schéma ci-dessus. La branche gauche NUCLEO de 1 à 15 en partant du haut, tandis que la branche de droite 15 à 1 également en partant du haut. Ce qui fait que rien ne marche. Il fallut reprendre ses esprits, refaire pour la 3ème fois le PCB d'urgence en faisant attention à toutes les connexions. Alléluia le PCB est créé, on peut le voir sur l'image ci-dessous:

Étape 6:

Tout était parfait, les soudures réalisées par Mr SamSmile étaient d'une beauté incomparable. Trop beau pour être vrai? En effet, un seul et unique problème:

Étape 7:

Zoomez un peu plus près:

Étape 8:

On voit ça sur la carte à droite sur laquelle le PCB repose sur une connexion SDA sur D7 et un SCL sur D8 (exactement ce dont nous avons besoin). Cependant lorsque nous avons testé avec les composants nous n'avons pas compris l'incohérence des informations reçues, et du coup lorsque nous avons regardé à nouveau la documentation sur la seconde documentation nous remarquons qu'il n'y a pas de spécificité sur D7 et D8.

De ce fait, notre panification fonctionne très bien avant d'adapter les connexions sur le PCB pour un routage aisé. Mais une fois sur le PCB non modifié on arrive à recevoir les informations malgré tous les capteurs sauf le capteur de lumière dans cette version.

Étape 9: Concevoir la BOÎTE 3D

Commençons la partie conception 3D !

On vous explique ici la partie design 3D de la box pour accueillir notre système complet. Elle a pris beaucoup de temps et vous comprendrez pourquoi. Pour résumer: Nous devons pouvoir contenir dans notre boitier le PCB et tous ses composants associés. C'est-à-dire penser à l'écran LCD mais aussi à tous les capteurs en prévoyant un espace pour chacun d'entre eux afin qu'ils puissent être utilisables et efficaces dans leurs mesures. De plus, il nécessite également l'alimentation électrique avec sa carte LIPO qui est reliée à une batterie et un panneau photovoltaïque qui rend notre système autonome. On imagine un premier boitier qui contiendra le PCB, tous les capteurs, l'écran et la carte LIPO connectée à la batterie. Il faut évidemment prévoir un endroit spécifique pour l'écran LCD, le capteur de lumière (s'il est caché ou sur le côté il ne recevra pas la vraie lumière), pour le capteur de température, pour le DHT22 il faut qu'il puisse mesurer la valeur proche de la plante et sans oublier le capteur d'humidité du bosquet qui doit avoir un contact direct avec la terre. On n'oublie pas le trou pour connecter l'antenne au module sigfox et un autre trou pour passer les fils des panneaux photovoltaïques à la carte LIPO. Voici la boîte principale:

Étape 10:

Nous avons besoin d'une pièce pour accueillir le panneau photovoltaïque et connecter le panneau à la carte LIPO.

Voici le résultat:

Étape 11:

Il faut pouvoir refermer cette magnifique boite !

Voici le couvercle adapté:

Étape 12:

Comme on peut le voir, il s'agit d'un couvercle qui a des dents qui rentrent à l'intérieur de la boîte principale pour une meilleure stabilité.

Voici quand nous l'ajoutons sur notre magnifique boîte:

Étape 13:

Pour gagner en résistance s'ajoute une porte coulissante qui s'introduit dans le caisson mais aussi dans le couvercle qui maintient les deux parties de manière rigoureuse et assure la fiabilité et la sécurité des composants à l'intérieur.

Voici la première version de porte coulissante:

Étape 14:

Pour aller encore plus loin, nous avons pensé à intégrer le module photovoltaïque au boîtier principal, afin qu'il soit au même niveau que le capteur de lumière et sa position stratégique et de sentir que le système autonome est quelque chose d'unie.

Voici la deuxième version de la porte coulissante avec possibilité de clipser le module photovoltaïque présenté précédemment:

Étape 15:

Voici quand nous l'ajoutons sur notre magnifique boîte qui a déjà son superbe couvercle:

Étape 16:

Vous êtes un peu perdu ? Laissez-nous vous montrer quel est l'état final de cette boîte magique !

Étape 17:

(dommage qu'on n'ait pas pu l'imprimer pour l'instant grâce à l'imprimante 3D car on m'a demandé de la robustesse, chose que j'ai fait, mais je dois croire que j'en ai un peu trop, en fait de l'épaisseur étant supérieure à 4mm, donc j'ai n'a pas pu l'imprimer car prendrait trop de matière, trop triste) … Mais il n'est pas trop tard pour l'imprimer, du moins ne serait-ce que pour le plaisir = D

Si belle:

Étape 18:

Merci.