Хабрахабр

Беспроводной модуль для ёмкостного датчика влажности почвы на nRF52832

Всем привет, сегодня расскажу о том как я решил проапгрейдить датчик влажности почвы с Алиэкспресс. Примерно месяц назад был куплен датчик влажности почвы. Зачем покупал и сам не знаю, наверное все из-за цены в 40 рублей 🙂

Так как датчик супер дешевый, то очень хотелось бы найти так же дешевое и незатейливое решение. Получив и успешно проверив датчик(с помощью Ардуино Нано) стал думать куда бы его пристроить в уже работающей системе на основе Майсенсорс(что это такое поясню позже).

В схему добавлен стабилизатор напряжения XC6206P332 (даташит) на 3.
Схема датчика построена на микросхеме таймере TLC555. При подаче напряжения питания ниже 3. 3в, соответственно схему можно запитывать от источника максимум в 6в. 3в, стабилизатор отдает на выходе тоже, что и получает на входе.

Очень дешевые модули, в вопросе цены оставляют далеко позади все другие модули nRF52. Уже как месяца два у меня лежали без дела два модуля nRF52832 от компании EBYTE — E73-2G4M04S1B.

Первый и менее важный это размеры модуля. Но у них есть 2 существенных для меня минуса. Второй минус, более важный это отсутствие в схеме двух маленьких элементов из-за чего модуль теряет половину своей привлекательности. Они довольно большие. Плохо это тем что не позволяет использовать модули в режиме пониженного энергопотребления, 7-8мА VS 15-16мА. Отсутствующие элементы это две индуктивности подключаемые к ножкам DCC и DEC4. В общем добавляем в хотелки установку индуктивностей и наличие режима DC-DC. Почему их не стали ставить я не могу понять, вариант «из-за экономии» не вписывается, так как на схеме можно было сэкономить и на других элементах.

Так как наша тема это батарейная тема то постоянное питание это плохой вариант. Следующее что надо решить это управление питанием датчика. Выбор пал на полевой p-канальный транзистор IRLML6402TRPBF. Самое простое что сразу напрашивается это использование транзистора в режиме ключа.

Конечно так же добавил микро разъем, который использую и в других устройствах 2x3P | 6pin | 1. Следующее о чем нужно было подумать это порт программирования, под SWD и Serial сделал просто контактные площадки. 27mm | SMT | Pin Header Female, но это теперь чисто опциональная штука.

Так же нужно добавить тактовую кнопку и как минимум один светодиод, что бы было по проще понимать работает оно или нет :).

Розетку которая установлена на датчике и провода идущие в комплекте использовать совсем не хотелось. Следующее что надо было решить это как соединять ноду радио модуль и емкостный датчик. 54мм, так же на плате выведен дополнительный дублирующий ряд. Шаг отверстий в разъёме на плате куда напаивается розетка, составляет 2. 54, а использование сразу обоих рядов придаст дополнительную жесткость соединения. Было принято решение использовать обычную «гребенку» с шагом 2.

Вроде бы всё, из плюшек несколько элементов которые можно оставить или спаять на черный день и розетка с проводом (где нибудь пригодится :)).

Первый вариант был сделан для ЛУТ, собственно о том что получилось как раз речь в этой статье. Плату, как обычно, делал в программе Диптрейс. Позже был сделан вариант платы для заказа на производстве.

Вообще ничего особого от датчика на модуле от EBYTE не ждал, тем более с каким то внешним влагомером с Али. После травления, лужения, вырезания, сверления и пайки пришло время тестов. Потребление в режиме передачи данных составило не более 9мА(на половину разряженной батарейке), потребление в режиме измерений составило не более 5 мА. Но по итогу был даже удивлен некоторыми результатами. 1-2. Потребление в режиме сна составило 2. 2мкА!!!

Работать в пониженном режиме энергопотребления. Итого что теперь может датчик. Измерять и передавать на контролер УД посредством сети Майсенсорс показания влажности почвы, показания температуры, показания оставшегося заряда батарейки, показания уровня радиосигнала.

А что такое Майсенсорс?

Данный протокол разработан сообществом для создания радио и проводных сетей. A это сообщество разработчиков програмного обеспечения с открытым исходным кодом. Первоначально проект разрабатывался для платформы Arduino.

Поддерживаемые аппаратные платформы: Linux / Raspberry Pi / Orange Pi | ATMega 328P | ESP8266 | ESP32 | nRF5x | Atmel SAMD, используемое в Arduino Zero (Cortex M0) | Teensy3(MK66FX1M0VMD18) | STM32F1.

Поддерживаемые радиопередатчики: NRF24L01 | RFM69 | RFM95 (LoRa) | nRF5x

Поддерживаемый проводной тип связи: RS485

Поддерживаемые типы связи между гейтом и контролером: MQTT | Serial USB | WiFi | Ethernet | GSM

Код программы

uint16_t m_s_m;
uint16_t m_s_m2;
uint16_t m_s_m_calc;
boolean flagSendmsm = 0;
float celsius = 0.0;
uint32_t rawTemperature = 0;
uint32_t rawTemperature2 = 0;
uint16_t currentBatteryPercent;
uint16_t batteryVoltage = 0;
uint16_t battery_vcc_min = 2300;
uint16_t battery_vcc_max = 3000;
int16_t linkQuality; //#define MY_DEBUG
#define MY_DISABLED_SERIAL
#define MY_RADIO_NRF5_ESB
#define MY_RF24_PA_LEVEL (NRF5_PA_MAX)
//#define MY_PASSIVE_NODE
#define MY_NODE_ID 83
#define MY_PARENT_NODE_ID 0
#define MY_PARENT_NODE_IS_STATIC
#define MY_TRANSPORT_UPLINK_CHECK_DISABLED
#define MSM_SENS_ID 1
#define MSM_SENS_C_ID 2
#define TEMP_INT_ID 3
#define SIGNAL_Q_ID 10
#include <MySensors.h>
MyMessage msg_msm(MSM_SENS_ID, V_LEVEL);
MyMessage msg_msm2(MSM_SENS_C_ID, V_LEVEL);
MyMessage msg_temp(TEMP_INT_ID, V_TEMP); void preHwInit() { pinMode(6, OUTPUT); digitalWrite(6, HIGH); pinMode(15, OUTPUT); pinMode(5, INPUT);
} void before()
{ delay(3000); NRF_POWER->DCDCEN = 1; NRF_UART0->ENABLE = 0; analogReadResolution(12); analogReference(AR_VDD4); NRF_CLOCK->TASKS_HFCLKSTART = 1; NRF_TEMP->TASKS_STOP; NRF_TEMP->EVENTS_DATARDY = 0; NRF_TEMP->INTENSET = 1;
} void presentation()
{ sendSketchInfo("PWS GREEN nRF52", "1.01"); wait(300); present(MSM_SENS_ID, S_CUSTOM, "DATA - SOIL MOISTURE"); wait(300); present(MSM_SENS_C_ID, S_CUSTOM, "% - SOIL MOISTURE"); wait(300); present(TEMP_INT_ID, S_TEMP, "TEMPERATURE"); wait(300); present(SIGNAL_Q_ID, S_CUSTOM, "SIGNAL QUALITY"); wait(300);
} void setup() {
} void loop() wait(200); send(msg_temp.set(celsius, 1), 1); wait(3000, 1, 0); sleep(15000); //sleep(2000); sendBatteryStatus(); sleep(21600000); //6h //sleep(43200000); //12h //sleep(86400000); //24h //sleep(20000); //20s
} void int_temp() { for (byte i = 0; i < 10; i++) { NRF_TEMP->TASKS_START = 1; while (!(NRF_TEMP->EVENTS_DATARDY)) {} rawTemperature = NRF_TEMP->TEMP; rawTemperature2 = rawTemperature2 + rawTemperature; wait(10); } celsius = ((((float)rawTemperature2) / 10) / 4.0); rawTemperature2 = 0; } void msm () { digitalWrite(6, LOW); wait(500); for (byte i = 0; i < 10; i++) { m_s_m = analogRead(5); m_s_m2 = m_s_m2 + m_s_m; wait(50); } m_s_m = m_s_m2 / 10; m_s_m2 = 0; digitalWrite(6, HIGH); wait(50); if(m_s_m >3000){ m_s_m = 3000; } if(m_s_m <1100){ m_s_m = 1100; } m_s_m_calc = map(m_s_m, 3000, 1100, 0, 100); flagSendmsm = 1;
} void sendBatteryStatus() { wait(100); batteryVoltage = hwCPUVoltage(); wait(20); if (batteryVoltage > battery_vcc_max) { currentBatteryPercent = 100; } else if (batteryVoltage < battery_vcc_min) { currentBatteryPercent = 0; } else { currentBatteryPercent = (100 * (batteryVoltage - battery_vcc_min)) / (battery_vcc_max - battery_vcc_min); } sendBatteryLevel(currentBatteryPercent, 1); wait(3000, C_INTERNAL, I_BATTERY_LEVEL); linkQuality = calculationRxQuality(); wait(50); sendSignalStrength(linkQuality, 1); wait(2000, 1, V_VAR1);
} //****************************** very experimental ******************************* bool sendSignalStrength(const int16_t level, const bool ack)
{ return _sendRoute(build(_msgTmp, GATEWAY_ADDRESS, SIGNAL_Q_ID, C_SET, V_VAR1, ack).set(level));
}
int16_t calculationRxQuality() { int16_t nRFRSSI_temp = transportGetReceivingRSSI(); int16_t nRFRSSI = map(nRFRSSI_temp, -85, -40, 0, 100); if (nRFRSSI < 0) { nRFRSSI = 0; } if (nRFRSSI > 100) { nRFRSSI = 100; } return nRFRSSI;
} //****************************** very experimental *******************************

ПО естественно тестовое, что я бы непременно добавил(и добавлю), это учет коэффициента разряда батарейки, хоть я и использую в ПО настройку опорного напряжения как внешнее батарейное vdd/4, но все равно присутствует небольшой шум при измерениях с разным уровнем напряжения. Так же пока не ясно стоит ли или нет вводить температурный коэффициент в расчеты. Неясно потому что пока нет статистики. Но, а в целом на выходе очень симпатиШные результаты:). Стоимость всего что пришлось добавить к китайскому датчику влажности составила что-то в районе 400 рублей. Вполне неплохо.

Видео с тестами

Фотографии

ГитХаб проекта

Потребляет мало, в основном всегда спит с потреблением примерно 2 мкА, так что батарейки CR2450 должно хватить надолго. Вот такой вот вышел проектик,… пока аля Ардуино модуль, но места для крепления к корпусу предусмотрел заранее, так что дальше будет корпус.

Место где всегда с радостью помогут всем кто хочется познакомиться с MYSENSORS (установка плат, работа с микроконтроллерами nRF5 в среде Arduino IDE, советы по работе с протоколом mysensors, обсуждение проектов — телеграмм чат @mysensors_rus.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть