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Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

Sareph 3975 12
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  • Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit
    Da meine Freundin ein Blumenfreak ist, hat sie etwas markiert, was in den Boden gesteckt werden kann und vergessen, dass es einige Monate im Boden ist, und in der Zwischenzeit herausfinden, wie viel Wasser im Boden ist (auch bekannt als "wann es am besten ist zu wässern"), vorzugsweise über WiFi. Das WiFi hat nicht funktioniert, weil alles, was WiFi nutzt, viel Strom verbraucht und wir ungefähr ein halbes Jahr an einem Akku 300-400 mAharbeiten möchten. Eine Option war immer noch BLE (nRF52), aber sie fiel auch aus Gründen der Bequemlichkeit aus.
    Es endete mit dem STM32F030 gepaart mit dem LT8920. Das STM muss nicht vorgestellt werden, und der LT8920 ist ein 2,4 GHz-Funk-Transceiver, dessen Hauptvorteil die geringe Anzahl zusätzlicher Elemente ist, die benötigt werden. Alle zwei Kondensatoren und ein 12 MHz-Kristall werden benötigt. Hinzu kommt der Stromverbrauch im Schlaf bei 6 µA und die Kosten von 25 Cent pro Stück. Aber es gibt keine Rose ohne Dornen, die Reichweite ist in der Praxis in Ordnung, aber sie könnte besser sein: etwa 1-2 Betonwände und schreckliche Dokumentation.

    Die Messung der Feuchtigkeit erfolgt nach der kapazitiven Methode:

    Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

    Das PWM-Signal 2,4 MHz mit 30% Tastgrad wird dem Eingang des Messsystems zugeführt. Es wird nach dem Durchlaufen eines Filters, der aus Leiterbahnen der Platine besteht, eventuellem Umgebungswasser und R2, abgeflacht. Wir sind im Moment interessiert, wie ungefähr der maximale Pegel nach dem Filtern ist, und dies kann mit einem Detektor der Maximalwerte gemessen werden, der aus D1 besteht (es ist tatsächlich die 4148-Diode, es gab kein entsprechendes Symbol im vorliegenden Eagle), C1 und R3. Danach reicht auch ein nicht zu schneller ADC und die Bestimmung der Spannungspegel in trockenen und nassen Umgebungen zur Kalibrierung.

    Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

    Das Aufladen über eine Mini-USB-Buchse mit TP4057 und die Stabilisierung auf 3 V erfolgt über HT7530-7, beide in SOT23-5-Gehäusen. Der Spitzenstromverbrauch während der Messung/Übertragung beträgt etwa 60 mA, beim Empfang 22 mA und im Schlafmodus überschreitet 30 µA nicht. Die Messung/Senden erfolgt alle 5 Minuten, dauert ca. 55 ms. Dies sollte es Ihnen theoretisch ermöglichen, etwa 8 Monate lang mit einer Lipobatterie 400-mAh zu arbeiten, wobei die Selbstentladung von 3% berücksichtigt, ohne den manuellen Abhörmodus.

    Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

    Das System verfügt über eine Taste, deren Bedienung je nach Haltezeit unterschiedlich ist:

    * einmaliges Drücken - sofortige Messung und Senden der aktuellen Daten im Paket (LED blinkt)
    * 3 Sekunden lang gedrückt halten - das System wechselt in den Abhörmodus. Sie können per Fernzugriff auf den Bootloader umschalten und neue Firmware über das Radio hochladen oder Daten live über die Steuereinheit ablesen und möglicherweise auch die Parameter ändern (LED blinkt alle 1 Sekunde).
    * 10 Sekunden lang gedrückt halten - Reset + Bootloader-Eingang 30 Sekunden lang (LED blinkt 3xs)

    Derzeit gibt es keine andere Möglichkeit, den Datenverkehr auszuschalten, als den Akku abzutrennen. Ich denke jedoch, dass das Ändern des STM32F030 auf F07x die Option zur Konfiguration über USB bietet, was bei sehr falschen Einstellungen hilfreich ist. Dies funktioniert jedoch möglicherweise in der nächsten Version, die aktuelle Version ist recht gut für unsere Bedürfnisse.

    Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

    Bei der Messung der Bodenfeuchtigkeit misst das System auch die Batteriespannung, optional die Temperatur (NTC) und die USB-Spannung während des Ladevorgangs.

    Eine Uhr wird verwendet, um Daten von Sensoren zu sammeln:

    Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

    Sie basiert auf STM32F107 (und 18 Matrixanzeigen 8x8 20 / 1,9 mm), verfügt über einen Ethernet-Anschluss, mehrere Sensoren, die die Parameter der Umgebung angeben, in der sie sich befindet, und einen Transciver auf dem LTC8920, der den Datenaustausch mit Sensoren ermöglicht.

    Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

    Aber dieser wird detaillierter beschrieben, wenn mein Schatz mit seiner WebUI etwas Sinnvolles machen wird ;)

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    Sareph
    Niveau 23  
    Offline 
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  • #2
    khoam
    Niveau 39  
    Sareph hat geschrieben:
    Das PWM-Signal 2,4 MHz mit 30% Tastgrad wird dem Eingang des Messsystems zugeführt.


    Ich verstehe, dass der Tastgrad und Frequenz dieses Signals konstant sind? Was war die diktierte Wahl dieser Parameter?
  • #3
    Sareph
    Niveau 23  
    Ja, konstant. Ich habe mit dem breitesten Messbereich experimentiert, in diesem Fall 2100 x 12 Bit ADC.
  • #4
    398216 Usuniêty
    Niveau 43  
    Wie schützen Sie die Platine vor Feuchtigkeit?
  • #5
    Sareph
    Niveau 23  
    Ich habe sie nicht geschützt, die Lötmaske ist wasserbeständig und der FR4 absorbiert nicht. Eine Sache, die ich nicht erwähnt habe - die Sensoren erhalten ein Gehäuse, so dass ein versehentliches Begießen sie nicht schädigt, aber die meisten Blumen bekommen Wasser in den Blumentopfuntersetzer, so dass sie in keiner Weise beschädigt wird. ;)
  • #6
    gkalfail
    Niveau 6  
    Ein sehr schönes Design. Herzliche Glückwünsche!

    Mich interessiert, wie sieht es mit der Antenne aus. Ist es nur ein Stück Draht mit einer Wellenlänge von 1/4? Brauchen Sie keinen Impedanzregler oder ähnliches? Irgendwelche Anforderungen an Drahtstärke, Leiterplatte usw.?

    Wie Sie nach den Fragen sehen können, habe ich mich sofort heiss gemacht, um LT8920 in meinem Projekt zu verwenden. Ich habe noch nie etwas HF gemacht, insbesondere bei 2,4 GHz, und ich denke, dass ein Projekt mit diesem Chip mein erstes in diesem Bereich sein könnte :D
  • #7
    Jogesh
    Niveau 28  
    Und wie groß ist die Reichweite im offenen Raum? Haben Sie es nicht vorgezogen, die Schaltung der 'L'-Serie zu verwenden? Sie sind energieeffizienter.
  • #8
    Sareph
    Niveau 23  
    gkalfail hat geschrieben:
    Ein sehr schönes Design. Herzliche Glückwünsche!

    Oh danke.

    gkalfail hat geschrieben:
    Mich interessiert, wie sieht es mit der Antenne aus. Ist es nur ein Stück Draht mit einer Wellenlänge von 1/4?
    Genau.

    gkalfail hat geschrieben:
    Brauchen Sie keinen Impedanzregler oder ähnliches? Irgendwelche Anforderungen an Drahtstärke, Leiterplatte usw.?
    Wie ich schrieb, ist die Dokumentation für die Schaltung beeinträchtigt und enthält absolut keine Hinweise darauf, was diese Schaltung für ihre Antenne am besten mag. Die Schaltung in der Dokumentation sieht folgendermaßen aus:

    Drahtloser Fühler der Bodenfeuchtigkeit

    Manchmal haben sie sogar vergessen, die Chips umzubenennen, da sich die Dokumentation manchmal auf LT8900 oder 8910 bezieht. Es sieht so aus, als hätte jemand die Dokumentation von einem von ihnen genommen, sie jetzt von 8920 genannt und nicht einmal search & replace gemacht, um alle Namen zu ersetzen.

    Außerdem habe ich die einfachste Lösung gewählt, 1/4 Länge Draht so nah wie möglich an der Schaltung und es funktioniert. Es scheint mir, dass ich irgendwo im Internet eine Schaltung mit diesem Transceiver gesehen habe, bei der die Antenne über einen Kondensator angeschlossen und mit einem Widerstand 10 kΩ auf Masse gezogen wurde, aber das wäre es.

    gkalfail hat geschrieben:
    Wie Sie nach den Fragen sehen können, habe ich mich sofort heiss gemacht, um LT8920 in meinem Projekt zu verwenden. Ich habe noch nie etwas HF gemacht, insbesondere bei 2,4 GHz, und ich denke, dass ein Projekt mit diesem Chip mein erstes in diesem Bereich sein könnte

    Sei nicht schüchtern, es sieht auf dem Papier ziemlich cool aus und es gibt wirklich 3 zusätzliche Bauteile und es funktioniert. Obwohl ich sehr an der Reichweite von 200 Meter zweifle, ist sie trotz dieser beeinträchtigten Dokumentation sehr einfach zu bedienen. ;)

    Hinzugefügt nach 3 [Minuten]:

    Jogesh hat geschrieben:
    Und wie groß ist die Reichweite im offenen Raum?
    Ich habe nicht überprüft. Aber * es scheint mir *, dass es mit der minimalen Geschwindigkeit und maximalen Leistung (die nicht ganz bekannt ist, wie man sie einrichtet, weil sie so gut dokumentiert ist) 100 Meter sein könnte.

    Jogesh hat geschrieben:
    Haben Sie es nicht vorgezogen, die Schaltung der 'L'-Serie zu verwenden? Sie sind energieeffizienter.
    Anscheinend, aber alles in allem ist F0 immer zur Hand. Anstatt L speziell dafür zu bestellen, habe ich das genommen, was ich auf Lager habe. Und so stellte sich heraus, dass es energiesparend war als die ursprüngliche Annahme, alle sechs Monate aufzuladen. ;)
  • #9
    pier
    Niveau 23  
    Die +12V Symbole im Schaltplan sind wahrscheinlich ein Fehler?

    Verwenden Sie diese Sensoren schon lange? Ich frage, weil ich meine Version seit mehreren Monaten teste und festgestellt habe, dass sich der Boden um den Sensor herum lockern und die Ergebnisse verfälschen kann.
    Die Erscheinung ist problematischer, wenn wir die Blumen direkt in den Topf gießen.
  • #10
    Sareph
    Niveau 23  
    pier hat geschrieben:
    Die +12V Symbole im Schaltplan sind wahrscheinlich ein Fehler?

    Ja, ich habe dieses Fragment aus einem anderen Schaltplan kopiert, in dem es tatsächlich 12 V betrug, und es ist einfach so geblieben.

    pier hat geschrieben:
    Verwenden Sie diese Sensoren schon lange? Ich frage, weil ich meine Version seit mehreren Monaten teste und festgestellt habe, dass sich der Boden um den Sensor herum lockern und die Ergebnisse verfälschen kann.
    Ungefähr einen Monat und ich bemerkte so etwas, aber es passiert nicht von alleine, aber zum Beispiel kann das Drücken einer Taste den Sensor leicht bewegen und den angezeigten Wert um die Hälfte ändern. Das Problem wird ausreichend gelöst, indem der Boden um den Sensor herum gestampft wird, zumindest so weit, dass es kein Problem gibt, das Kabel anzuschließen/den USB-Anschluss zu trennen, solange es vorsichtig gemacht wird. ;)
  • #11
    .:KoSik:.
    Niveau 18  
    Sehr schönes Design.
    Vor einiger Zeit habe ich ein ähnliches Projekt gemacht, aber mit CR2032 betrieben. Es arbeitet seit 4 Monaten mit einer Batterie ohne merklichen Spannungsabfall, daher sollte es etwas länger halten.
    In meinem Projekt habe ich die Messung selbst etwas anders angegangen, werde sie aber nicht noch einmal beschreiben, hier: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3681817.html

    Was das Lösen des Bodens angeht, es geschiet direkt nach dem Einstecken des Sensors. Nach 2-3 Wochen wirken sich leichte seitliche Bewegungen nicht auf die Messungen aus.

    Schade, dass Sie kein Diagramm von Messungen aus einem längeren Zeitraum hochgeladen haben. Man konnte dann sehen, wie stabil die Messungen sind.

    freundliche Grüße
  • #12
    Sareph
    Niveau 23  
    .:KoSik:. hat geschrieben:
    Sehr schönes Design.
    Oh danke.

    .:KoSik:. hat geschrieben:
    Vor einiger Zeit habe ich ein ähnliches Projekt gemacht, aber mit CR2032 betrieben. Es arbeitet seit 4 Monaten mit einer Batterie ohne merklichen Spannungsabfall, daher sollte es etwas länger halten.
    Ich habe über 2032 nachgedacht, aber bei einem Spitzenverbrauch von etwa 60 mA stellte ich fest, dass ich nicht testen würde, wie sie sich verhalten, und eine sichere Option wähle. ;)

    .:KoSik:. hat geschrieben:
    n meinem Projekt habe ich die Messung selbst etwas anders angegangen, werde sie aber nicht noch einmal beschreiben, hier: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3681817.html
    Hmm, ich denke, ich könnte diese Methode verwenden und prüfen, ob es einen Unterschied gibt.

    .:KoSik:. hat geschrieben:
    Schade, dass Sie kein Diagramm von Messungen aus einem längeren Zeitraum hochgeladen haben. Man konnte dann sehen, wie stabil die Messungen sind.
    Ich habe noch keine Aufzeichnungen über Langzeitdaten, wenn es sie gibt, werde ich sie wahrscheinlich vervollständigen.
  • #13
    kaczodp
    Niveau 12  
    Sareph hat geschrieben:
    khoam hat geschrieben:
    Ich verstehe, dass der Tastgrad und Frequenz dieses Signals konstant sind? Was war die diktierte Wahl dieser Parameter?
    Ja, konstant. Ich habe mit dem breitesten Messbereich experimentiert, in diesem Fall 2100 x 12 Bit ADC.

    Die D1-Diode stört die Messungen etwas. Diese Messmethode wurde in analogen Messgeräten verwendet. Die Kapazität kann durch Messen der Pulszeit und nicht der Spannung gemessen werden. Die Diode wird nicht benötigt und der Messbereich ist breiter. STM32 kann die Zeit in der Hardware messen, so dass das Programm einfach ist.

    Hinzugefügt nach 1 [Minuten]:

    pier hat geschrieben:
    Die +12V Symbole im Schaltplan sind wahrscheinlich ein Fehler?

    Verwenden Sie diese Sensoren schon lange? Ich frage, weil ich meine Version seit mehreren Monaten teste und festgestellt habe, dass sich der Boden um den Sensor herum lockern und die Ergebnisse verfälschen kann.
    Die Erscheinung ist problematischer, wenn wir die Blumen direkt in den Topf gießen.

    Weil das Messen der Bodenfeuchtigkeit keine so einfache Sache ist. Die Messung der Kapazität allein hilft hier nicht. Versuchen Sie, die Wasserkapazität zu messen, fügen Sie Salz hinzu und das Ergebnis wird sich ändern, sollte es aber nicht. Ein guter Sensor (der Sensor selbst) kostet daher etwa 150 PLN.
    [F]