Sistema de adquisición de datos en ESP. Parte II LifeOfFlowers

Buen dia Así que es hora del segundo artículo sobre el tema de ESP. Te contaré sobre un dispositivo que te permitirá recibir información sobre el microclima alrededor de tus flores (si, por supuesto, las tienes) y recibir notificaciones de que algo está amenazando sus vidas.

Para que?

Mi esposa riega flores aproximadamente una vez a la semana. Mira el suelo en macetas, ve o siente que es hora de que las flores se refresquen y rieguen. Las flores que tenemos son diferentes, pero resultó que se secan casi al mismo tiempo. Una maceta grande es una flor grande, una maceta pequeña es una flor pequeña, el significado es claro. Todo estaría bien si durante la temporada de verano no me quedara solo en casa durante un par de meses y no me olvidara de regar las flores. A su llegada a fines de agosto, una esposa con una cara triste saca esquejes secos de varias ollas.

Fue una ligera digresión, ahora sobre la decisión. Para el alféizar de una ventana, necesitamos 1-2 dispositivos para realizar mediciones en macetas de diferentes tamaños. Lo primero que se debe controlar es la humedad del suelo, lo que destruye nuestras flores (no trataremos con el PH y el resto de la incomprensible floristería, no estamos a la altura). Además de la humedad, después de algunas deliberaciones, decidimos medir la iluminación para poder rastrear la influencia de la luz del día en las plantas, la temperatura y la humedad del ambiente, esto es después.

Por supuesto, los ingenieros del Reino Medio han probado y fabricado dispositivos que pueden chirriar y twittear cuando la tierra se seca en una olla, pero aún así quiero tener mi propio dispositivo con sus propios bollos, especialmente porque el costo del dispositivo no es tan alto.

Implementación de hardware y descripción del trabajo

El punto más importante es la autonomía del dispositivo y la longevidad de su trabajo (por supuesto, no en detrimento de la calidad de las mediciones). Basado en el mismo ESP-12E, con un canal ADC a bordo. El controlador (módulo, si lo desea) tiene varios modos de operación y, en consecuencia, consumo:

Apagado - 0.5uA;
Sueño profundo - 10uA;
Sueño ligero - 0.5mA;
Módem en reposo: 15 mA;
En el modo de transferencia de datos hasta 170 mA (los datos varían en algunas fuentes incluso hasta 215 mA).

Para nuestras necesidades, se requerirán tres modos: suspensión profunda, suspensión de módem y modo de transmisión. Como todo es tan bueno, utilizaremos dos baterías AAA para obtener energía.

La iluminación se mide con un fototransistor BPW17N, humedad y temperatura ambiente AM2302, humedad del suelo con un electrodo especialmente diluido en el tablero bajo barniz. Como tenemos baterías, mediremos su voltaje. Para hacer todo esto con un ADC, use el multiplexor CD74HC4051M96. En el ESP-12E ADC, puede suministrar voltaje de hasta 1V, respectivamente, colocamos divisores en todas partes.

En el siguiente diagrama, hay muchas cosas para simular (incluido un transistor VT3 en la placa soldada, y la última placa aún no está lista).


Diagrama del dispositivo

Dos baterías producen un voltaje de 3-3.3V, el multiplexor opera en el rango de 2V a 6V. AM2302 opera en el rango de 3.3-5.5V. ESP-12E requiere un voltaje de 2.3V o más. Todo esto se verifica mediante pruebas y con hojas de datos. Queda claro que el AM2302 dejará de funcionar casi de inmediato, o no funcionará en absoluto, por lo que hacemos un "hack" y colocamos el condensador Buck-Boost TPS60240DGKR. Esto resuelve otro problema grave, ya que cuando cae el voltaje, los parámetros medidos flotan (iluminación y humedad del suelo) y fue necesario ajustar los valores de las mediciones de ADC, teniendo en cuenta el voltaje, y esto introdujo errores.

Por lo tanto, resulta algo como esto: el multiplexor se alimenta y controla desde los pies del ESP (se alimenta directamente con baterías), AM2302, los divisores de luz y humedad del suelo se alimentan desde 3.3V con Buck-Boost, que, a su vez, es controlado por el pie ESP. Oscila el voltaje de 1.8V a 3.3V.

Medición de humedad del suelo

Decidí darle a este valor una subsección separada. La primera versión del dispositivo tenía electrodos desnudos (no recubiertos con barniz) y todo era simple allí, aplique voltaje a un electrodo, retírelo del segundo. Cuanto mayor es la humedad, mayor es el voltaje en el ADC.


Fig 1. Las versiones de los electrodos en los tableros.

Todo estaría bien, pero incluso los electrodos estañados son propensos a la corrosión y, de hecho, no se ven estéticamente agradables. Por lo tanto, nació el siguiente circuito (se superpuso): se suministra PWM con IO15 a uno de los "electrodos", y se lee el valor "enderezado" y suavizado. Resulta que cuanto mayor es la humedad del suelo, menor es la señal que llega al ADC, ya que la señal se atenúa.


Fig 2. El esquema de lectura de humedad del suelo.

Pruebas y trabajo

Aclararé de inmediato que las pruebas largas continúan, y las rápidas mostraron lo siguiente: el dispositivo funcionó (no se apresure a decepcionarse) durante cuatro días. Las mediciones se llevaron a cabo 1 vez por minuto (!!!) con el envío de todos los datos al servidor (se obtienen aproximadamente 5700 mediciones). El sueño profundo es de 50 años a partir de este minuto. El tiempo de funcionamiento en el modo de suspensión del módem es de varios segundos (las mediciones se toman de los sensores), luego varios segundos en el modo de transferencia de datos (las pruebas mostraron un consumo de aproximadamente 50 mA). Los intervalos de tiempo siguen siendo personalizables. Puede leer más información sobre el tiempo de funcionamiento en diferentes modos en el enlace aquí y, en consecuencia, ver la fuente en el git aquí .

Si bien planeamos tomar mediciones cada 2 horas con un pequeño número de mediciones por la noche, según las estimaciones, se obtiene más de 1 año de trabajo. Los cálculos se extrapolan más de los resultados, pero como saben, la descarga de baterías tiene una forma no lineal, por lo que las pruebas largas mostrarán qué y cómo.


Fig 3. Gráficos de los parámetros enviados.

Hay cuatro parámetros en un gráfico: no es muy conveniente mirarlo, pero para eso es informativo. El fracaso es el reemplazo de baterías y regar una flor. Dos picos son iluminación. Llenar de azul es la humedad del suelo. Hasta ahora no se han aplicado filtros ni suavizado, ya que las pruebas no han finalizado y quiero ver los datos sin procesar. En los gráficos extendidos, puede ver cómo se humedece el suelo, luego la humedad se estabiliza y se produce un secado lento. Todavía no hemos decidido si vale la pena tener en cuenta de alguna manera el desbordamiento de la planta o dejarlo al "irrigador".


Fig. 4. Foto del dispositivo en una olla.


Fig. 5. Foto del dispositivo desde el lado de las baterías.

En el diseño, los tornillos se utilizan para sujetar el compartimento de la batería y el sensor de humedad, cuando todo esté depurado instalaremos remaches, como:


Fig. 6. Foto de remaches.

Vivienda

Es simple: todavía no hay ningún caso, y tal vez, en principio, no lo será. Cubriremos con un barniz especial en la parte superior y listo.

Costo de ventas

ESP-12E - 120p;
CD74HC4051M96 - 14p;
TPS60240DGKR - 180r;
BPW17N - 21p;
AM2302 - 130 rub;
KLS5-818-B - 15p;
BC817 - 3p;
BAT54JFILM - 3p;
Pasivo y botón - 20r;

LED, tweeter y transistor en su control mientras se lanza.

Sin tener en cuenta la placa de circuito impreso y el ensamblaje, se obtienen aproximadamente 500 rublos.

Entonces digamos aceptable. Por supuesto, si fabrica tales dispositivos como 10 piezas, la impresión y el ensamblaje consumen una parte significativa del costo y el dispositivo resultará costoso, pero hasta ahora no estamos persiguiendo el precio, no hacemos un lote de 100k, sino que simplemente disfrutamos el proceso.

Planes

Como se mencionó anteriormente, en el primer artículo, se planea hacer una familia de sensores integrados por una aplicación. Actualmente hay cuatro dispositivos:

1. OpenWindAir. Sensor de dióxido de carbono.
2. LifeOfFlowers. Sensor de humedad del suelo y microclima para plantas.
3. Advertencia Agua. Sensor de fugas.
4. AirWick_ESP. Configurador para ambientador AirWick. Probablemente esto sea aún más divertido, pensé al principio. Por que no

Todavía no he escrito nada sobre este dispositivo. Tenía un dispositivo así en casa:


Figura 7. Foto de AirWick.

Y realmente quería que funcionara en un horario que yo mismo pueda establecer. Durante el día, por ejemplo, solo cuando visito el baño, por la noche, para dormir, a menos que me "hinche" por la mañana antes de despertar. Incluso hice una placa en el STM32F100, pero algo no funcionó. Mientras todo se estaba depurando, cambiando los umbrales y la frecuencia de operación, todo permaneció en su infancia. Y luego surgió una idea, y por qué no establecer parámetros desde el teléfono, especialmente si esta interfaz ya está depurada:

- el número de operaciones después de apagar la luz (según el momento de la visita);
- el número de operaciones en la noche (prohibición de operación cuando la luz está encendida);
- apagar el dispositivo (por ejemplo, mientras está de vacaciones);
- Bueno, por supuesto, calcule con qué frecuencia vamos al baño y cuánto tiempo pasamos allí)))). Cuando se enciende la luz, se enciende la radio y la visita puede retrasarse.

Sí, esto es un excedente, dices, sintonizado una vez y olvidado, pero nuestras manos no son para aburrirse y, por lo tanto, se hizo una tarifa, que discutiré más adelante.

En la aplicación para diferentes dispositivos, puede hacer pestañas con la pantalla debajo de ellos de datos y gráficos relacionados con un dispositivo específico.


Figura 8. Foto de la aplicación con varias pestañas.

PD: Enlaces a artículos del mismo tema:

Sistema de adquisición de datos en ESP. Parte I. CO2

Gracias por su atencion!