Sistema de Aquisição de Dados na ESP. Parte II LifeOfFlowers

Bom dia Então chegou a hora do segundo artigo sobre o tema da PES. Vou falar sobre um dispositivo que permitirá que você receba informações sobre o microclima em torno de suas flores (se, é claro, você as tiver) e receba notificações de que algo está ameaçando suas vidas.

Para que?

Minha esposa rega as flores cerca de uma vez por semana. Ele olha o solo em vasos, vê ou sente que é hora de as flores se refrescarem e regarem. As flores que temos são diferentes, mas, como se viu, elas secam quase ao mesmo tempo. Um vaso grande é uma flor grande, um vaso pequeno é uma flor pequena, o significado é claro. Tudo ficaria bem se, durante o verão, eu não ficasse em casa sozinho por alguns meses e não esquecesse de regar as flores. Ao chegar no final de agosto, uma esposa com um rosto triste retira estacas secas de vários vasos.

Foi uma pequena digressão, agora sobre a decisão. Para um peitoril da janela, precisamos de 1 a 2 dispositivos para fazer medições em vasos de tamanhos diferentes. A primeira coisa a controlar é a umidade do solo, o que destrói nossas flores (não trataremos do PH e do resto da floricultura incompreensível, não estamos preparados para isso). Além da umidade, após algumas deliberações, decidimos medir a iluminação para poder rastrear a influência da luz do dia nas plantas, a temperatura e a umidade do ambiente - isso é depois.

É claro que engenheiros do Reino Médio tentaram e criaram dispositivos que podem chiar e twittar quando a terra seca em uma panela, mas ainda assim eu quero ter meu próprio dispositivo com seus próprios pães, especialmente porque o custo do dispositivo não é tão alto.

Implementação de hardware e descrição do trabalho

O ponto mais importante é a autonomia do dispositivo e a longevidade de seu trabalho (é claro, não em detrimento da qualidade das medições). Baseado no mesmo ESP-12E, com um canal ADC a bordo. O controlador (módulo, se você desejar) possui vários modos de operação e, consequentemente, consumo:

Desligar - 0,5uA;
Sono profundo - 10uA;
Sono leve - 0,5mA;
Modem sono - 15mA;
No modo de transferência de dados de até 170mA (os dados variam em algumas fontes, até 215mA).

Para nossas necessidades, serão necessários três modos: sono profundo, sono modem e modo de transmissão. Como tudo está muito bem, usaremos duas pilhas AAA para alimentação.

A iluminação é medida com um fototransistor BPW17N, umidade e temperatura ambiente AM2302, umidade do solo com um eletrodo especialmente diluído na placa, sob verniz. Como temos baterias, mediremos sua voltagem. Para fazer isso tudo com um ADC, use o multiplexador CD74HC4051M96. No ESP-12E ADC, você pode fornecer tensão de até 1V, respectivamente, colocamos divisores em todos os lugares.

No diagrama abaixo, existem muitas coisas para modelos (ainda não existem transistores VT3 na placa soldada e a última placa ainda não está pronta).


Diagrama do dispositivo

Duas baterias produzem uma tensão de 3-3,3V, o multiplexador opera na faixa de 2V a 6V. O AM2302 opera na faixa de 3,3-5,5V. O ESP-12E requer uma tensão de 2.3V ou mais. Tudo isso é verificado por testes e com fichas técnicas. Torna-se claro que o AM2302 deixará de funcionar quase imediatamente, ou não funcionará, então fazemos um "hack" e colocamos o capacitor Buck-Boost TPS60240DGKR. Isso resolve outro problema sério, pois quando a tensão cai, os parâmetros medidos flutuam (iluminação e umidade do solo) e foi necessário ajustar os valores das medições ADC, levando em consideração a tensão, e isso introduziu erros.

Assim, acontece algo assim: o multiplexador é alimentado e controlado a partir dos pés do ESP (alimentado diretamente por baterias), AM2302, os divisores de luz e umidade do solo são alimentados a partir de 3,3V com Buck-Boost, que, por sua vez, é controlado pelo pé ESP. Ele oscila tensão de 1.8V a 3.3V.

Medição da umidade do solo

Decidi atribuir a esse valor uma subseção separada. A primeira versão do dispositivo tinha eletrodos nus (não revestidos com verniz) e tudo era simples por lá, aplique tensão a um eletrodo - remova do segundo. Quanto maior a umidade, maior a tensão no ADC.


Fig 1. As versões dos eletrodos nas placas.

Tudo ficaria bem, mas mesmo os eletrodos estanhados são propensos à corrosão e, na verdade, não parecem esteticamente agradáveis. Portanto, o seguinte circuito nasceu (foi dobrado): O PWM com IO15 é fornecido a um dos "eletrodos" e o valor "endireitado" e suavizado é lido nele. Acontece que quanto maior a umidade do solo, menor o sinal chega ao ADC, à medida que o sinal atenua.


Fig 2. O esquema de leitura da umidade do solo.

Teste e trabalho

Esclarecerei imediatamente que testes demorados continuam e os rápidos mostraram o seguinte: o dispositivo funcionou (não se apresse em ficar desapontado) por quatro dias. As medições foram realizadas 1 vez por minuto (!!!) com o envio de todos os dados para o servidor (são obtidas cerca de 5700 medições). O sono profundo é de 50 anos a partir deste minuto. O tempo de operação no modo de suspensão do modem é de vários segundos (medições são tomadas a partir dos sensores) e, em seguida, alguns segundos no modo de transferência de dados (os testes mostraram um consumo de cerca de 50mA). Os intervalos de tempo ainda são personalizáveis. Mais informações sobre o tempo de operação em diferentes modos podem ser lidas no link aqui e, consequentemente, consulte a fonte no git aqui .

Embora planejemos fazer medições a cada 2 horas com um pequeno número de medições noturnas, de acordo com as estimativas, mais de 1 ano de trabalho é obtido. Os cálculos são mais extrapolados a partir dos resultados, mas como você sabe, a descarga de baterias tem um formato não linear, portanto, testes longos mostram o que e como.


Fig 3. Gráficos dos parâmetros enviados.

Existem quatro parâmetros em um gráfico - não é muito conveniente assistir, mas é informativo. Falha é a substituição das baterias e a rega de uma flor. Dois picos são iluminação. Preencher com azul é a umidade do solo. Até o momento, não foram aplicados filtros e suavização, pois os testes não foram concluídos e eu quero examinar os dados brutos. Nos gráficos ampliados, você pode ver como o solo está úmido, a umidade se estabiliza e a secagem lenta ocorre. Ainda não decidimos se vale a pena considerar de alguma forma o transbordamento da planta ou deixá-la para o "irrigador".


Fig 4. Foto do dispositivo em uma panela.


Fig. 5. Foto do dispositivo na lateral das baterias.

No layout, os parafusos são usados ​​para fixar o compartimento da bateria e o sensor de umidade. Quando tudo estiver depurado, instalaremos rebites, como:


Fig 6. Foto de rebites.

Habitação

Tudo é simples - ainda não há um caso e, talvez, em princípio, não será. Vamos cobrir com um verniz especial por cima e pronto.

Custo de vendas

ESP-12E - 120p;
CD74HC4051M96 - 14p;
TPS60240DGKR - 180r;
BPW17N - 21p;
AM2302 - 130 fricção;
KLS5-818-B - 15p;
BC817 - 3p;
BAT54JFILM - 3p;
Passivo e botão - 20r;

LED, tweeter e transistor em seu controle enquanto joga.

Sem levar em conta a placa de circuito impresso e a montagem, são obtidos cerca de 500 rublos.

Então, digamos aceitável. Obviamente, se você criar esses dispositivos 10pcs, a impressão e a montagem consumirão uma parte significativa do custo e o dispositivo será caro, mas até agora não estamos buscando o preço, não fazemos um lote de 100 mil unidades, mas apenas aproveitamos o processo.

Planos

Como mencionado anteriormente, no primeiro artigo, está planejado fazer uma família de sensores integrados por um aplicativo. Atualmente, existem quatro dispositivos:

1. OpenWindAir. Sensor de dióxido de carbono.
2. LifeOfFlowers. Sensor de umidade e microclima do solo para plantas.
3. WarningWater. Sensor de vazamento.
4. AirWick_ESP. Configurador para purificador de ar AirWick. Provavelmente isso é ainda mais divertido, pensei a princípio. Porque não

Ainda não escrevi nada sobre este dispositivo. Eu tinha esse dispositivo em casa:


Figura 7. Foto do AirWick.

E eu realmente queria fazê-lo funcionar em um cronograma que eu mesmo possa definir. Durante o dia, por exemplo, apenas ao visitar o banheiro, à noite, para dormir, a menos que eu "bufasse" pela manhã antes de acordar. Até fiz uma placa no STM32F100, mas algo não funcionou. Enquanto tudo estava depurando, alterando os limites e a frequência da operação, tudo permaneceu em sua infância. E então surgiu uma idéia, e por que não definir parâmetros do telefone, especialmente se essa interface já estiver depurada:

- o número de operações após desligar a luz (dependendo da hora da visita);
- o número de operações noturnas (proibição de operação quando a luz está acesa);
- desligar o dispositivo (por exemplo, durante as férias);
- Bem, é claro, calcule com que frequência vamos ao banheiro e quanto tempo passamos lá)))). Quando a luz está acesa, o rádio acende e a visita pode demorar.

Sim - isso é excedente, você diz, sintonizado uma vez e esquecido, mas nossas mãos não são para tédio e, portanto, foi feita uma taxa, sobre a qual falarei mais adiante.

No aplicativo para diferentes dispositivos, é possível criar guias com a exibição abaixo dos dados e gráficos relacionados a um dispositivo específico.


Figura 8. Foto do aplicativo com várias guias.

PS: Links para artigos do mesmo tópico:

Sistema de Aquisição de Dados na ESP. Parte I. CO2

Obrigado pela atenção!