A folyó vízminőségének ellenőrzése nehéz feladat. A folyóvíz különböző szakaszaiban a vízminőség-mérést kívánó tudósnak vagy egy erre a célra kijelölt csapattal kell rendelkeznie, amely hajlandó rendszeresen ismételten kirándulni a folyó különböző szakaszaiba, vagy a hosszú távú megfigyelő állomásokat számos fix pozícióban a folyó. Ebben a projektben megtanulhatja, hogyan kell felépíteni saját úszó érzékelő kapszuláját, amely kihasználja a folyó áramlását, és méréseket végez, amikor a folyón lefelé mozog, miközben az adatokat és a helyet rendszeresen távoli szerverre továbbítja. Ennek a projektnek a kiépítése során bemutatjuk a böngésző alapú böngésző alapú környezetet, amely lehetővé teszi, hogy a böngészőben írjon és fordítson kódot.

A videó bemutatja a végeredményt. Amikor a GPS be van kapcsolva, piros lámpával villog, míg a pH-nak zöld LED-je van.

kellékek:

1. lépés: Eszközök és anyagok.

anyagok:

• Nucleo mikrokontroller NUCLEO-L152RE
• Adafruit GPS Breakout
• Adafruit FONA GSM Breakout
• 2 x Adafruit SMA antenna
• Adafruit SMA uFL adapter
• Sparkfun pH-érzékelő készlet
• Henger alakú fémdarab
• Vízfelvevő készülékek és vízérzékelő eszközök
• DROK vízálló 12v - 3.7v transzformátor
• JST vezeték
• Mini-B USB kábel
• 7.4v 8800mAh akkumulátor
• SIM-kártya (szükség esetén adapter)
• DAP Aquarium Sealant
• AD22100KT Analóg hőmérséklet érzékelő
• 4.7 Quart Sterilite Ultra-Seal Bowl
• Command Strips, Clear Tape, Elektromos szalag, Breadboard, Jumper kábelek, Ziplock táskák, Alkoholos dörzsölés, Kesztyűk

Eszközök:

• Fúrógép
• szorítók
• féknyereg

Ez a lista. Mielőtt elmennek, és megragadnád ezeket a részeket, hadd magyarázzam el néhány rész mögött a gondolatokat, így bölcsen költeni a pénzt.

Ha nem törődik a részek mögötti gondolatokkal, és egyszerűen csak pénzt szeretne tölteni, nyugodtan hagyja ki ezt a kicsit.

Miért a 4.7 Quart Bowl? * figyelmeztetés a matematikára

A lebegés érdekében a kiszorított víz súlyának kisebbnek kell lennie, mint a súlya.

A tál súlyát és a víz súlyát egyenlővé téve a tálca kiszorítja a következő kapcsolatot: m = pv, ahol p a víz sűrűsége és v a kiszorított víz térfogata. v = 0,00444786m ^ 3 és p = 1000kg / m ^ 3, így kb. 4,4 kg tömeget kapunk a tálunkban, mielőtt lefelé kerülne, sokkal több, mint a tálba jutó alkatrészek tömege.

Miért az Aquarium Sealant?

Akvárium biztonságos = Állatbiztos = Jó a folyóknak, mivel nem szennyezzük őket:) Szép, szoros vízálló tömítés, amely megbízható, ellentétben az epoxiával, amely törékeny és esetleg repedhet.

Miért van a hengeres fémcsavar?

A fém jó vezetője sok dolognak, beleértve a hőt. Ha a fémdarabot kiürítjük a tartályból, akkor a víz hőmérséklete lesz, és könnyen megérinthetjük az analóg hőmérséklet-érzékelőt a tál belsejében lévő bit részéhez, hogy megkapjuk a víz hőmérsékletét. Ez sokkal könnyebb, mint az érzékelő vízszigetelése.

Miért?

Ez egy közös metrika, amit vízben mértek, de ez egy kicsit pricy. A lényeg az, hogy esetleg az eszközhöz csatolni kívánt érzékelőt csatolhassa, de módosítani kell a kódot, a vezetékeket stb., Hogy működjön. Csak bemutattuk készülékünket egy ph-érzékelővel.

Miért a nukleo-l152re?

Projektünk alacsony energiaigényű eszköz, ezért alacsony energiaigényű mikrokontrollert akarunk. Összehasonlítva egy általánosabb célú mikrovezérlőhöz, a nukleó processzorja sokkal alacsonyabb energiafogyasztást tesz lehetővé aktív és különösen fontos alvás közben, mivel ez az eszköz a legtöbb időt tölteni fogja.

2. lépés: A tál tömítése

A lyukak fúrása

Vegyük a tálat, egy féknyereget, a fémhengeres bitet és a ph-érzékelőt. A féknyereg és a szenzor szélességének megszerzéséhez keresse meg a megfelelő fúrószárakat, amelyek áthaladnak az edényen, és szoros tömítést hagynak. Győződjön meg róla, hogy amikor a tálat egy tálba fúrja a tál műanyag műanyaga alatt, akkor a műanyag nem fog a fúrón. Ügyeljen arra, hogy fúrás közben rögzítse a tálat. Azt javaslom, hogy a tálat többször is megragadja ahelyett, hogy egyenesen áthaladna, hogy tisztább lyuk legyen.

A lyukak tömítése

Tisztítsa meg a tálat alkohollal. Annak érdekében, hogy a lyuk szorosabb legyen, és a szilícium megkötődjön, tartsa be a két fúrt lyukat a tartály mindkét oldalán. Ékre valami éles és kicsi, hogy egy lyukat készítsen, majd helyezze a hőmérséklet érzékelőt a lyukba, ahogy azt látta.

Viseljen kesztyűt, helyezze a szilikon tömítőanyagot a tartály mindkét oldalára. Biztosítani kell, hogy a pecsét jó legyen, ezért győződjön meg róla, hogy nincsenek lyukak. 5 percen keresztül nyomjuk meg az objektumot, hogy segítsük a szilíciumot az anyaghoz kötődni. 24 órát vesz igénybe a teljes megerősítés.

24 óra elteltével néhány szép tömítést kell kapnia. ELEKTRONIKUS ELŐTT KÉSZÜLÉKEK ELLENŐRZÉSÉNEK KÉSZÜLÉKEK KÉSZÜLT KÉSZÜLÉKEK ELLENŐRZÉSE. Íme egy szép kísérletünk a pecsétjeink tesztelésére.

A tömítések tesztelése

Vízfelvevő eszközünkhöz végül a tamponokat és a pop rockokat használtuk fel. Tiszta szalag segítségével ragadja meg a pop-sziklákat minden olyan tömítés körül, amelyet szorosan létrehozott. Helyezzen néhány pop-sziklát a tál tetejére, hogy lássa, hogy van-e szivárgás a tetejéről. Használja a tamponokat a szivárgási terület közötti szennyeződés elkerülése érdekében. Miután egy tálba úszott (körülbelül 8 méter mélységben teszteltünk), ha látod, hogy a pop-sziklák bármelyik területen eltűnnek, akkor van szivárgásod. Újra zárja le és próbálkozzon vele, mielőtt továbblépne.

3. lépés: Az összes elektromos alkatrész csatlakoztatása

Ekkor a tartálynak vízállónak kell lennie. Most meg fogom vezetni a különböző összetevőket.

Akkumulátor a transzformátorhoz és a Nucleo-hoz:

Az akkumulátor transzformátorhoz és Nucleo-hoz való csatlakoztatásához kövesse az alábbi lépéseket:

1. A víz védelme érdekében az akkumulátort Ziploc táskában szorosan rögzítse.
2. Forgassa az akkumulátor GND vezetékét a transzformátor GND vezetékéhez.
3. Forgassa az akkumulátor élő vezetékét a transzformátor élvezetékéhez és egy másik, a Nucleo Vinhoz csatlakozó vezetékhez.
4. Tartsa a Nucleót leválasztva a vezetékről, kivéve, ha teszteket végez.
5. A rövidzárlat megakadályozása érdekében győződjön meg róla, hogy minden nyitott csatlakozóra ragasztja.

Az akkumulátor teljesen bekötött.

Hőmérséklet-érzékelő a Nucleo-hoz:

A hőmérséklet-érzékelő csatlakoztatásához kövesse az alábbi lépéseket:

1. Forrasztjon 1k ohm ellenállást a hőmérséklet érzékelő V kimenetére (középső csapjára).
2. Csatlakoztasson egy vezetéket az 1 kΩ-os ellenállás másik végétől a Nucleo-on lévő A0-érintkezőhöz.
3. Csatlakoztassa a hőmérséklet-érzékelő földjét a CN5 buszon a Nucleo-nál.
4. Csatlakoztassa a hőmérséklet-érzékelő feszültségcsapját a Nucleo-n lévő CN6-as busz 5V-os csatlakozójához.
5. Nyomja meg a hőmérséklet-érzékelőt a tartályból kilógó hengeres fémes bithez, és ragadja meg úgy, hogy a két érintkező érintkezzen. Ez lehetővé teszi, hogy a hőmérséklet érzékelő mérje a víz hőmérsékletét, nem pedig a tartályt.
6. Győződjön meg róla, hogy az összes érintkezett szalagot rögzíti, és az ellenállást a hőmérséklet-érzékelőhöz és a Nucleo-hoz rögzíti.

A hőmérsékletérzékelő most már teljesen bekötött.

pH-érzékelő a Nucleo-hoz:

A pH-érzékelő csatlakoztatásához kövesse az alábbi lépéseket:

1. Csatlakoztassa a pH-érzékelő RX-csapját a Nucleo PC_11 csatlakozójához.
2. Csatlakoztassa a pH-érzékelő TX-csapját a Nucleo PC_10-es csapjához.
3. Csatlakoztassa a pH-érzékelő GND-tűjét a Nucleo-n lévő CN6-as busz GND-tűjéhez.
4. Ha a GPS-érzékelő csatlakoztatása nélkül szeretné kipróbálni a pH-érzékelőt, akkor csatlakoztassa a pH-érzékelő 3,3 V-os csatlakozóját a Nucleo-on lévő CN6-as busz 3.3V-os érintkezőjéhez.
5. Ha a pH-érzékelőt és a GPS-t egyidejűleg szeretné csatlakoztatni, csatlakoztassa a pH-érzékelő 3,3 V-os csatlakozóját a GPS 3.3V-os csatlakozójához.
6. Ne feledje, hogy távolítsa el a pH-érzékelőt a vízzel végzett vizsgálatok során.

A pH-érzékelő most már teljesen bekötött.

GPS a Nucleo-hoz:

A GPS csatlakoztatásához kövesse az alábbi lépéseket:

1. Csatlakoztassa a GPS EN-tűjét a N7-es D7-es csatlakozójához.
2. Csatlakoztassa a GPS RX csatlakozóját a Nucleo-on található PB_11 csatlakozóhoz.
3. Csatlakoztassa a GPS TX csatlakozóját a D6-hoz a Nucleo-on.
4. Csatlakoztassa a GPS GND csatlakozóját a Nucleo-n lévő CN7-es busz GND-tűjéhez.
5. Csatlakoztassa a GPS pólusát a Nucleo-on lévő CN6-as busz 3.3V-os csatlakozójához.
6. Csatlakoztassa a GPS antennáját.
7. Ha a pH-érzékelőt és a GPS-t egyidejűleg szeretné csatlakoztatni, csatlakoztassa a pH-érzékelő 3,3 V-os csatlakozóját a GPS 3.3V-os csatlakozójához.

A GPS már teljesen vezetékes.

GSM a Nucleo-hoz:

A GSM és a Nucleo csatlakoztatásához kövesse az alábbi lépéseket:

1. Csatlakoztassa a GSM TX csatlakozóját a Nucleo D2 csatlakozójához.
2. Csatlakoztassa a GSM RX csatlakozóját a Nucleo D8 csatlakozójához.
3. Csatlakoztassa a GSM Rist pin-jét a Nucleo D3-as csatlakozójához.
4. Csatlakoztassa a GSM RI csatlakozóját a Nucleo D4 csatlakozójához.
5. Csatlakoztassa a GSM kulcscsapját a N5-ös D5-ös csatlakozóhoz.
6. Csatlakoztassa a GSM GND érintkezőjét a Nucleo-n lévő CN6-as buszon, a nem csatlakoztatott GND-tűhöz.
7. Csatlakoztassa a GSM Vio-pálcáját a Nucleo-n lévő CN7-es busz 18-as érintkezőjéhez.
8. Csatlakoztassa a GSM antennáját.

A GSM most csatlakozik a Nucleo-hoz. Azonban ez még mindig külső feszültséget igényel a működéshez.

GSM-transzformátor:

A GSM átalakítóhoz történő csatlakoztatásához kövesse az alábbi lépéseket:

1. Forgassa a JST kábel GND vezetékét a transzformátor GND vezetékéhez.
2. Forgassa a JST kábel élő vezetékét a transzformátor élő vezetékéhez.
3. Csatlakoztassa a JST kábelt a GSM-hez.
4. A rövidzárlat vagy a víz károsodásának megelőzése érdekében győződjön meg róla, hogy az összes érintkező csatlakozik.
5. A GSM használatához ne felejtse el behelyezni a MiniSIM kártyát a GSM-be.

A GSM most teljesen bekötött.

Most már az összes összetevője fel van vezetve, és készen áll a szoftver komponens folytatására. Kérjük, győződjön meg róla, hogy a jumperek megfelelően vannak konfigurálva, hogy a kódot átvihesse a Nucleo-ba.

Csatlakoztassa a JP1-et (ha meg akarja korlátozni a megengedett áramot, amit a nukleon képes rajzolni) és a JP5-et, hogy az U5V-hez legközelebbi két csapszeg az USB-szállításhoz. Az USB-t nem használó nukleáris áramellátás biztosításához győződjön meg róla, hogy a JP5-et megváltoztatja, hogy a két csapszeg jumperje E5V-re kerüljön.

4. lépés: A szoftver betöltése és futtatása

Kezdeti beállítás

A Nucleo kártyával való kommunikációhoz először telepíteni kell az itt található USB-illesztőprogramokat. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy letöltsük a szoftvert a táblára, valamint adatot fogadjunk soros kapcsolaton keresztül. Míg az opcionális, javasoljuk, hogy töltse le és telepítse a firmware-frissítéseket a fórumon, itt található. Miután csatlakoztatta a táblát, egy új tárolóeszközt kell látnia. Bármilyen új szoftver átvitele és telepítése a Nucleo-hoz, egyszerűen mentse vagy másolja a programot erre az új adathordozóra, és látnia kell a tábla fényeit. Ne feledje, hogy a fájl másolása után eltűnik a készülékből. Mindaddig, amíg a fények villognak és zölden végződnek, a tábla folyamatosan fut az utolsó letöltött szoftvert.

A szoftver megfelelő hibakereséséhez ajánlatos soros portos kapcsolatot létesíteni a Nucleóval. Miközben számos program használható, a Windows rendszeren az Arduino szoftvercsomagot használtuk. Ha csatlakoztatja a Nucleo-t és rákattint a "Serial Port Monitor" gombra (egy kis nagyító a képernyő sarkában), akkor megjeleníti a tábláról küldött összes információt. Ez magában foglalja a kód verziójában szereplő tájékoztató nyomtatási utasításokat is.

A kód létrehozása

A teljes kód itt található. A projekt futásának legegyszerűbb módja a http://www.developer.mbed.org webhelyen található online fordító használata. Mivel az adatok elküldésére szolgáló kiszolgáló minden személy számára eltérő, a szoftver futtatásához kis mennyiségű módosítás szükséges. Először lépjen a "main.h" fájlra, és változtassa meg a 3. sort úgy, hogy azt mondja:

#define URL "Your_URL"

Ahol a Your_URL az URL-cím, ahová az adatokat elküldeni szeretné. Ne feledje, hogy az idézőjeleket az URL köré kell helyeznie. A legjobb webhely, ahonnan adatokat küldtünk a RequestBin-be. Egyszerűen hozzon létre egy RequestBin-t, másolja a "Bin URL" -et ("http://requestb.in/19lz95m1" formátumú) a Your_URL mezőbe, és frissítse az oldalt. Az oldal megjeleníti a Nucleo tábla által küldött adatokat. Ne feledje, hogy az adatok megtekintéséhez az "? Check" sort hozzá kell adni az URL végéhez.

Miután megváltoztatta a "main.h" fájlt, kattintson a tetején lévő fordítási gombra. Ezután letölti a ".bin" fájlt. Másolja a fájlt a Nucleo táblára, és elindítja a programot.

A kód módosítása

Számos egyszerű változtatás érhető el a kódban, hogy megváltoztassák a hardver elrendezést, megváltoztassák a SIM-kártya cégét (alapértelmezés szerint T-Mobile), megváltoztatjuk a küldések számának számát és az olvasás gyakoriságát. Ezek a módosítások a "main.h" fájlban történnek.

Először a hardver elrendezésének megváltoztatásához egyszerűen módosíthatja az adott érzékelő által megadott portot. Például, ha azt szeretné, hogy az alapértelmezett D6-ról a GPS TX pin-t PC_10-re változtassa, akkor a 13. sort módosítaná, ha azt mondaná:

#define GPS_TX PC_10

Ne feledje, hogy ez nem egy érvényes pin-váltás, mivel a pH-érzékelő TX-pin-je van a PC_10-en. Továbbá csak bizonyos csapok TX, míg mások RX, és sokan sem. Itt meg kell nézni a Nucleo pinout-ot, hogy meghatározza, hogy melyik csapok érvényesek.

Az APN URL megváltoztatásához egyszerűen módosíthatja a 4. sort

#define NETWORK_APN "Your_network_apn"

Ne feledje, hogy az előző bekezdésben szereplő URL-hez hasonlóan az APN-ek körében idézőjeleket kell tartalmaznia.

Ahhoz, hogy megváltoztassuk a küldendő leolvasások számát vagy az olvasás gyakoriságát, módosíthatjuk a 6-os és 7-es sorokat. A 6. sor meghatározza a küldés előtt összegyűjthető értékek számát. Az ajánlott tartomány 1 és 100 között van. A 7. sor meghatározza az egyes leolvasások közötti alvás másodpercek számát. Az alapértelmezett érték 360, ezért 6 percenként (tehát 10 óránként) olvas. Ez szinte bármilyen pozitív számra változtatható, de nagyon nagy számok lesznek meghatározatlan viselkedéssel.

Ezek valószínűleg az elsődleges szerkesztések, amelyeket módosítani szeretnének, de a fejlettebb szerkesztések a következő részben találhatók.

A kód módosítása (speciális)

A fő "speciális" szerkesztés, amelyre összpontosítunk, egy érzékelő hozzáadása. Ez meglehetősen sok módosítást igényel, de nem bonyolult. Először is be kell vennie az érzékelő könyvtárat a teljes projekt mappába a beolvasó fordítójába, és hozzá kell adnia a megfelelő sort a "main.cpp" -hez (például #include "Custom_Sensor.h"). Ezután meg kell változtatnunk a "main.h" olvasási struktúráját úgy, hogy hozzáadjuk a sor (ok) t minden olyan érzékelőhöz, amelyet be szeretnénk venni. Például, ha egész számot szeretne beolvasni, hozzá kell adnia az "int customSensorReading" sort a struktúrához. Visszatérve a "main.cpp" -be, hozzá kell adnunk az érzékelő globális példányát, azonban inicializálva van. Ezután egyszerűen hozzáadhatjuk az érzékelőt az egyes hozzárendelt funkciókhoz (setup (), enterSleep (), read (), stb.) Ahhoz, hogy megfelelően működjön. A végső nagy szerkesztés szükséges a send () függvényben. Megjegyezzük, hogy a "sprintf" hívás az olvasási struktúra összes mezőjét tartalmazza. Mind a formázott karakterláncvonalat (pl.% D egy egész számhoz), mind a hozzá tartozó adatmezőt (adat i.customSensorReading) hozzá kell adnunk a sprintf híváshoz. Végül módosítanunk kell a SIZE_OF_ENTRY definíciót a 28. sorban azáltal, hogy hozzáadjuk az olvasási struktúrához hozzáadott adatszerkezet méretét plusz egyet. Ez egy kicsit bonyolultabb, mivel a sprintfhez hozzáadott struktúra méretének kell lennie. Tehát, ha a sprintf-ben úsztatást és% 10f nevet adtunk hozzá, akkor 10 + 1 = 11-et kell hozzáadnunk a SIZE_OF_ENTRY definícióhoz (mivel a 10% -ban% 10f azt jelzi, hogy 10 bájt információt szeretne másolni a sprintf karakterláncba).

5. lépés: Az áramkör rögzítése a kapszulában

Most, hogy a legtöbb áramköri alkatrész van bekötve, itt az ideje, hogy biztosítsuk az áramkört a kapszulában. Attól függően, hogy milyen hosszú ideig tartanak a vezetékek, előfordulhat, hogy módosítania kell az áramkör biztosításának módját. Az általános ötlet: Annak érdekében, hogy a kapszula ne essen át, a kapszulának rotációsan kiegyensúlyozottnak és alsónak kell lennie. Bármilyen rugalmasság a komponensek csúsztatásához tovább súlyosbítja az egyensúlyhiányt, így minden alkatrészt rögzíteni kell.

Akkumulátor:

Mivel az akkumulátor különösen érzékeny a szivárgásokra, az akkumulátort a műanyag zacskóba csomagolja (a képen), így a két tápkábel kilép, mivel a többi áramkörhöz csatlakozni kell. Próbáld meg az akkumulátort tartalmazó zsák tetejét a lehető legegyenesebbé tenni, mivel később a zsáklapot a zsák tetejére rögzítjük. A műanyag zacskó szivárgás esetén biztosítja az akkumulátort egy második védőréteggel. Rögzítse a műanyag zacskót és az akkumulátort a tálca aljához a fémvezeték és a pH-szonda között egy parancssor segítségével.

A vezetékek tisztán tartásához hajtsa fel az akkumulátorkábeleket az akkumulátor fölé, és rögzítse őket. Emlékezzünk rá, hogy a feszültségellátó és a földhuzalok villamosak, mert néhány energiát alacsonyabb feszültséggel kell átalakítanunk a GSM tápellátásához, így összesen négy vezeték lesz az akkumulátorból. Annak érdekében, hogy biztosítsa, hogy ne zárja rövidre az akkumulátort, ellenőrizze, hogy a két elektromos tápvezetékről van-e becsomagolva a szalagot, és tartsa ott, amíg készen áll arra, hogy csatlakoztassa őket az áramkör többi részéhez.

Vízvédelem:

A tamponok vizes abszorbens részeit hat tálcára ragasztjuk. Ezek kis vízszivárgás esetén elnyelik a vizet, csökkentve annak valószínűségét, hogy a víz az elektronikába kerüljön.

Kenyérvágódeszka:

A paranccsal csíkolhatja vagy levágja a papírt a kenyérvágódeszka aljáról, és csatlakoztassa a kenyérlemezt az akkumulátor tetejére.

pH-szonda:

A pH-táblát már a korábbi lépésben kellett csatlakoztatnia a kenyérvágódeszkahoz. Csatlakoztassa a pH-érzékelőt a pH-táblához. Annak érdekében, hogy a szonda vezetéke ki legyen húzva, tekerje a vezetéket az edény peremére (nem túl magasra, hogy ne zavarja a tömítést, amikor a fedelet visszahelyezzük az edényre), és húzza le a vezetéket elektromos szalaggal ahogy a képen látható.

mikrokontroller:

Figyeljük meg, hogy több lyuk van a Nucleóban. Néhány cipzárral készítsen kicsi "fogantyúkat" a Nucleo alján, és áthúzza őket a lyukakon. Szalaggal rögzítse a fogantyúkat a tálba. A bal oldali hőmérsékletmérővel és a pH-szondával a Nucleo az akkumulátor legközelebbi oldalán fekszik.

Hőmérséklet-szonda:

A hőmérséklet-érzékelőnek szorosan ragasztva kell lennie a fémvezető oldalához. Minél nagyobb a kontaktus a hőmérséklet-szonda és a fémvezeték között, annál jobb lesz a mérés.

Transzformátor:

Szalagozza be a transzformátort az edény aljára, az akkumulátor legtávolabbi oldalán.

GSM:

A parancssor vagy szalag segítségével rögzítse a GSM-t a tálca aljára a pH-szonda és a Nucleo között.

GPS:

Rögzítse a GPS-t a tartály bal falához egy parancssor segítségével. Szalagozza az antennát a falra is.

Az áramkör minden összetevőjét most rögzíteni kell. Ne feledje, hogy az áramkör még nem kapcsol be, mivel az akkumulátor nincs csatlakoztatva. Egyszerűen csatlakoztassa az akkumulátor feszültségét a nukleáris VIN-ra, miután bekapcsolta a JP5 áthidalót a külső tápellátásra, és az alacsony energiaigényű folyamminőség-monitora be lesz kapcsolva!

Gratulálunk!