Беспроводной модуль для ёмкостного датчика влажности почвы.
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 :)
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). Так как датчик супер дешевый, то очень хотелось бы найти так же дешевое и незатейливое решение.
Схема датчика построена на микросхеме таймере TLC555. В схему добавлен стабилизатор напряжения XC6206P332 (даташит) на 3.3в, соответственно схему можно запитывать от источника максимум в 6в. При подаче напряжения питания ниже 3.3в, стабилизатор отдает на выходе тоже, что и получает на входе.
Уже как месяца два у меня лежали без дела два модуля nRF52832 от компании EBYTE — E73-2G4M04S1B. Очень дешевые модули, в вопросе цены оставляют далеко позади все другие модули nRF52.Но у них есть 2 существенных для меня минуса. Первый и менее важный это размеры модуля. Они довольно большие. Второй минус, более важный это отсутствие в схеме двух маленьких элементов из-за чего модуль теряет половину своей привлекательности. Отсутствующие элементы это две индуктивности подключаемые к ножкам DCC и DEC4. Плохо это тем что не позволяет использовать модули в режиме пониженного энергопотребления, 7-8мА VS 15-16мА. 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. В общем добавляем в хотелки установку индуктивностей и наличие режима DC-DC.
Следующее что надо решить это управление питанием датчика. Так как наша тема это батарейная тема то постоянное питание это плохой вариант. Самое простое что сразу напрашивается это использование транзистора в режиме ключа. Выбор пал на полевой p-канальный транзистор IRLML6402TRPBF.
Следующее о чем нужно было подумать это порт программирования, под SWD и Serial сделал просто контактные площадки. Конечно так же добавил микро разъем, который использую и в других устройствах 2x3P | 6pin | 1.27mm | 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 :).
Следующее что надо было решить это как соединять ноду радио модуль и емкостный датчик. Розетку которая установлена на датчике и провода идущие в комплекте использовать совсем не хотелось. Шаг отверстий в разъёме на плате куда напаивается розетка, составляет 2.54мм, так же на плате выведен дополнительный дублирующий ряд. Было принято решение использовать обычную «гребенку» с шагом 2.54, а использование сразу обоих рядов придаст дополнительную жесткость соединения.
Вроде бы всё, из плюшек несколько элементов которые можно оставить или спаять на черный день и розетка с проводом (где нибудь пригодится :)).
Плату, как обычно, делал в программе Диптрейс. Первый вариант был сделан для ЛУТ, собственно о том что получилось как раз речь в этой статье. Позже был сделан вариант платы для заказа на производстве.
После травления, лужения, вырезания, сверления и пайки пришло время тестов. Вообще ничего особого от датчика на модуле от EBYTE не ждал, тем более с каким то внешним влагомером с Али. Но по итогу был даже удивлен некоторыми результатами. Потребление в режиме передачи данных составило не более 9мА(на половину разряженной батарейке), потребление в режиме измерений составило не более 5 мА. Потребление в режиме сна составило 2.1-2.2мкА!!!
Итого что теперь может датчик. Работать в пониженном режиме энергопотребления. Измерять и передавать на контролер УД по средствам сети Майсенсорс показания влажности почвы, показания температуры, показания оставшегося заряда батарейки, показания уровня радиосигнала.
А что такое Майсенсорс?
A это сообщество разработчиков програмного обеспечения с открытым исходным кодом. Данный протокол разработан сообществом для создания радио и проводных сетей. 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
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.
Список используемых компонентов:
Capacitive Soil Moisture Reed Magnetron Sensor v1.2
EBYTE E73-2G4M04S1B
inductor 15nH SMD 0805 10% (L1)
inductor 10uH SMD 0805 10% (L2)
IRLML6402TRPBF sot23
led 0805 (D1)
5K | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 5K Ohm (R1)
1K | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 1K Ohm (R2)
2M | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 2M Ohm (R3)
10K | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 10K Ohm (R1)
Micro Button Tact Switch SMD 4Pin 3X4X2.5MM White
2x3P | 6pin | 1.27mm | SMT | J1 Pin Header Female(optional)
100UF 107C D-type SMD Tantalum Capacitor
CR2450 Battery Socket Holder Case (TBH-CR2450-03)
1x40 Single Row Male 2.54 Breakable Pin
ГитХаб проекта — github.com/smartboxchannel/EFEKTA_E73B_PWS_MODULE
Вот такой вот вышел проектик,… пока аля Ардуино модуль, но места для крепления к корпусу предусмотрел заранее, так что дальше будет корпус. Потребляет мало, в основном всегда спит с потреблением примерно 2 мкА, так что батарейки CR2450 должно хватить надолго.
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
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). Так как датчик супер дешевый, то очень хотелось бы найти так же дешевое и незатейливое решение.
Схема датчика построена на микросхеме таймере TLC555. В схему добавлен стабилизатор напряжения XC6206P332 (даташит) на 3.3в, соответственно схему можно запитывать от источника максимум в 6в. При подаче напряжения питания ниже 3.3в, стабилизатор отдает на выходе тоже, что и получает на входе.
Уже как месяца два у меня лежали без дела два модуля nRF52832 от компании EBYTE — E73-2G4M04S1B. Очень дешевые модули, в вопросе цены оставляют далеко позади все другие модули nRF52.Но у них есть 2 существенных для меня минуса. Первый и менее важный это размеры модуля. Они довольно большие. Второй минус, более важный это отсутствие в схеме двух маленьких элементов из-за чего модуль теряет половину своей привлекательности. Отсутствующие элементы это две индуктивности подключаемые к ножкам DCC и DEC4. Плохо это тем что не позволяет использовать модули в режиме пониженного энергопотребления, 7-8мА VS 15-16мА. 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. В общем добавляем в хотелки установку индуктивностей и наличие режима DC-DC.
Следующее что надо решить это управление питанием датчика. Так как наша тема это батарейная тема то постоянное питание это плохой вариант. Самое простое что сразу напрашивается это использование транзистора в режиме ключа. Выбор пал на полевой p-канальный транзистор IRLML6402TRPBF.
Следующее о чем нужно было подумать это порт программирования, под SWD и Serial сделал просто контактные площадки. Конечно так же добавил микро разъем, который использую и в других устройствах 2x3P | 6pin | 1.27mm | 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 :).
Следующее что надо было решить это как соединять ноду радио модуль и емкостный датчик. Розетку которая установлена на датчике и провода идущие в комплекте использовать совсем не хотелось. Шаг отверстий в разъёме на плате куда напаивается розетка, составляет 2.54мм, так же на плате выведен дополнительный дублирующий ряд. Было принято решение использовать обычную «гребенку» с шагом 2.54, а использование сразу обоих рядов придаст дополнительную жесткость соединения.
Вроде бы всё, из плюшек несколько элементов которые можно оставить или спаять на черный день и розетка с проводом (где нибудь пригодится :)).
Плату, как обычно, делал в программе Диптрейс. Первый вариант был сделан для ЛУТ, собственно о том что получилось как раз речь в этой статье. Позже был сделан вариант платы для заказа на производстве.
После травления, лужения, вырезания, сверления и пайки пришло время тестов. Вообще ничего особого от датчика на модуле от EBYTE не ждал, тем более с каким то внешним влагомером с Али. Но по итогу был даже удивлен некоторыми результатами. Потребление в режиме передачи данных составило не более 9мА(на половину разряженной батарейке), потребление в режиме измерений составило не более 5 мА. Потребление в режиме сна составило 2.1-2.2мкА!!!
Итого что теперь может датчик. Работать в пониженном режиме энергопотребления. Измерять и передавать на контролер УД по средствам сети Майсенсорс показания влажности почвы, показания температуры, показания оставшегося заряда батарейки, показания уровня радиосигнала.
А что такое Майсенсорс?
A это сообщество разработчиков програмного обеспечения с открытым исходным кодом. Данный протокол разработан сообществом для создания радио и проводных сетей. 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() {
int_temp();
digitalWrite(15, HIGH);
sleep(100);
digitalWrite(15, LOW);
msm ();
digitalWrite(15, HIGH);
sleep(100);
digitalWrite(15, LOW);
wait(50);
if (flagSendmsm == 1) {
send(msg_msm2.set(m_s_m_calc), 1);
wait(3000, 1, 37);
wait(200);
send(msg_msm.set(m_s_m), 1);
wait(3000, 1, 37);
flagSendmsm = 0;
}
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.
Список используемых компонентов:
Capacitive Soil Moisture Reed Magnetron Sensor v1.2
EBYTE E73-2G4M04S1B
inductor 15nH SMD 0805 10% (L1)
inductor 10uH SMD 0805 10% (L2)
IRLML6402TRPBF sot23
led 0805 (D1)
5K | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 5K Ohm (R1)
1K | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 1K Ohm (R2)
2M | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 2M Ohm (R3)
10K | 5% | SMD 0805 | SMD resistor 10K Ohm (R1)
Micro Button Tact Switch SMD 4Pin 3X4X2.5MM White
2x3P | 6pin | 1.27mm | SMT | J1 Pin Header Female(optional)
100UF 107C D-type SMD Tantalum Capacitor
CR2450 Battery Socket Holder Case (TBH-CR2450-03)
1x40 Single Row Male 2.54 Breakable Pin
Видео с тестами
Фотографии
ГитХаб проекта — github.com/smartboxchannel/EFEKTA_E73B_PWS_MODULE
Вот такой вот вышел проектик,… пока аля Ардуино модуль, но места для крепления к корпусу предусмотрел заранее, так что дальше будет корпус. Потребляет мало, в основном всегда спит с потреблением примерно 2 мкА, так что батарейки CR2450 должно хватить надолго.
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
Самые обсуждаемые обзоры
| +77 |
1940
64
|
| +94 |
3405
209
|
| +31 |
1452
50
|
| +38 |
1276
30
|
Я просто предложил очень простой вариант доработки, идем на гитхаб, качаем герберы, заказываем у китайцев платы, покупаем на али компоненты, там прям минимум и вся рассыпуха специально большая, впринципе собрать дедовским паяльником можно за час. Причем собрать гарантированно, даже если до этого был только опыт пропайки проводки 220В например :)
Или в подарок к телу дают?..
кроме MYSENSORS
сильно навязчиво что вызывает отторжение. ИМХО
Однобоко как-то
А вообще интересный обзорчик, спасибо.
Обзору не хватает лоска, чтоб на телефоне отображалась влажность.
Было бы здорово делать то, что нету у Xiaomi — беспроводной датчик температуры до -40. Можно и влажности но это дорого будет.
Ой, посмотрел фотки. У вас же там батарейка на 3.3В стоит. А зачем стабилизатор тогда?
А зачем вообще 555? Зачем ключ? Зачем стабилизатор?
На NRF52, что таймеров нет? PWM нет?
Тут или не надо было об этом говорить вообще, или хотя бы дать ссылку на обсуждение проблемы. Не все держат руку на пульсе… :)
ps: Ссылка на гитхабе (efectlab.com) — нерабочая.
ps/ я знаю,… всё по плану
пересохли. Выход есть i2c. Стоят меньше ста рублей. Настраивается уровень влажности для индикации звуком и светом. На борту датчик освещенности.