Pull to refresh

Беспроводной модуль для ёмкостного датчика влажности почвы на nRF52832

Developing for ArduinoDIY
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 посредством 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.

Видео с тестами


Фотографии




















ГитХаб проекта

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.
Tags:влажность почвыCapacitive Soil Moisturenrf52nrf52832mysensorsarduinowireless sensor networks
Hubs: Developing for Arduino DIY
Total votes 28: ↑25 and ↓3 +22
Views11.2K

Comments 52

Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.

Popular right now

Co-founder (Team Lead) for EdTech startup
from 300,000 ₽GurucanRemote job
Middle+ / Senior Node.js Developer for fintech project
from 3,000 to 4,500 $CodemotionRemote job
CTO
from 60,000 to 150,000 $Cattle CareRemote job
Senior JavaScript Developer
from 4,500 to 5,500 $Spotware SystemsМоскваRemote job