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DIY wireless devices for greenhouse

DIY wireless device monitors temperature, light intensity (illuminance) by I2C sensor. You can see the daily report generated by app Slip21 anywhere on a free site with mobile phone.

TWE-Lite (Tocos Wireless Engine) is wireless module of 2.54mm pitch DIP. The TWE wireless App_Tag supports I2C temperature sensor ADT7410, illuminance sensor TSL2561 and temperature and humidity sensor SHT21 as shown in Table 4. I adopted Akizuki's module of ADT7410 at first, because it includes 2 pull-up resistors. See the comparison. While SHT21 dissipates 5.5mW for humidity heater at continuous mode. You can buy TWE-Lite at Amazon.co.jp or Chip1stop.[1][2] Amazon.co.jp shipping fee is cheaper than Chip1stop.

'https://enoki.net' is a private project about on-line measurement for greenhouse.

[1] MONO+WIRELESS
[2] TWE-LITE 2.54mm pitch 28p (600mil)DIP IC

Table 4 I2C sensors supported by Monowireless App_Tag
ModelVoltageuAAccuracy etcAvailable
ADT74102.7 to 3.6210±0.5°CAkizuki
SHT212.1 to 3.6300±0.3°C
5.5mW(humidity)
Amazon.com
TSL25612.7 to 3.6240max 65000luxAmazon.com

ハウス栽培用ワイヤレスセンサ

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TWE と XBee を用いたワイヤレス防滴温度照度センサを製作しました。ソフト Slip21 は測定記録をします。PCで動作する Slip21 は複数のセンサ出力をワイヤレスモジュール TWE もしくは XBee から受信し,記録するソフトです。施設栽培の営農管理用途を考えています。 外付けの温度センサのケーブルは最大 4m あり,地表温測定とか電波が伝わりにくい場所の温度測定が可能になります。オンライン測定の利点は遠隔でも状況を把握できる事です。 自動記録により,測定結果を翌朝,就寝時の測定結果を知る事ができます。特に夏夜間の高温障害,冬場の霜対策も立てやすくなるのではないでしょうか。[1][2]

兼業稲作農家の苗床温度外気温度やサンルーム内の温度水温を勤務先から無料サイトを開設して監視できます。

Monowireless が提供する TWE-Lite は簡単に Table 4 に示す I2C デジタルセンサ信号を取り込めます。アナログセンサのようにある程度の電子技術がなくとも簡単な工作により, ワイヤレスセンサが製作できます。配線半田付け点数は数分の1に激減しており製作時間も少なくて済みます。

参照

[1] ハウス栽培の高温対策
[2] 温度調節が難しい、小型ハウスでの高温期栽培について






News

Done TWE range ability test / TWE レンジテスト実施 2017-07-09 'How to view the measurement anywhere' moved to Reports / 「スマホに測定値を表示する方法」を Reports 移動 2017-07-09 TWE battery life might be longer than XBee for deteriorated NiCd / TWE バッテリ寿命は XBee より長いかもしれない 2017-07-08

TWE-Lite radio wave intensity comparison ワイヤ式と平面アンテナ強度比較

E4andE5
Photo 6 #4 & #5 on desk


Table 3 DIP LQI 2017-04-28
TimesWirePlanar
1135114
2132111
3141111
4135111
5141111
6141114

I bought TWE-Lite wire and planar antenna. I made wireless sensors #4 and #5 side by side on my steel desk as shown in Photo 6. I checked their antenna performance by LQI value. Slip21 shows their values. Monowireless App_Tag replies LQI. Their Parent Monostick is hooked on ceil over 1.5 m. I recorded LQI values shown in Table 3.

When installing #4 and #5 outdoor, Their LQI values lowered to 60 or 84. It happened that the higher sensitivity #4 was farer than #5. You should choice wire antenna without wire type thick. "Planar type is inferior than wire type", as Monowireless refer to.[2] If you install TWE-Lite sensor indoor and the parent another indoor, you should not choice Monostick as parent. Actually the antenna area of Monostick is smaller than TWE-Lite DIP type antenna.

I might do range test in my worst pair of planar antenna sensor and Monostick.

ワイヤ式と平面アンテナタイプの TWE-Lite を購入してワイヤレスセンサを製作しました。両者のアンテナ性能の違いがいかほどか Slip21 を用いて簡単にチェックしてみました。Monowireless の 無線タグアプリは電波強度の指標となる LQI を親機に返します。[1] その両者をスチール机の上にセットした様子を Photo 6 に示します。#4にはワイヤアンテナ TWE-Lite と温度センサが搭載され, 平面アンテナ TWE-Lite と照度センサは#5に搭載されています。両者のほぼ直上 1.5m の位置に Monostick が吊下されています。得られた LQI の値を Table 3 に示します。

屋外に設置した#4と#5の LQI 値は60とか84に低下しました。受信強度の強かったワイヤアンテナの#4がたまたま遠方への設置となっています。センサ装置の厚みにこだわらければ,受信感度が 良く設置方向の制約の少ないワイヤ式がいいでしょう。平面アンテナは「通信性能はマッチ棒アンテナに劣ります」とあります。[2] 屋外にある別棟内にセンサを設置し,親機も 自宅の屋内設置なら親機を Monostick にするのは歓迎しません。実際 Monostick のアンテナ部の面積をみると TWE-Lite の DIP 平面アンテナモジュールと比べかなり小さいです。

ワーストケースでの組み合わせによるレンジテストをやっておいた方がいいかもしれない。

参照

[1]LQI値から電界強度[dBm]の推定
[2]TWELITE DIPアンテナバリエーション

TWE range ability test

RangeG
Photo10 Ground zero
Range0m
Photo11 Ground 1.8m
Range17m
Photo12 Distance 17m
Range43m
Photo13 Distance 43m
Table 4 LQI values
Distance0m17m43m67m0m Ground
Wire #49651NG12132
Planar #5844821NG54

I installed wire antenna type device #4 and planer antenna type device #5 on the bicycle at the height of 1.8 m. I measured LQI value with regard to distance as shown in Photo 10 to 13. I checked the distance by Google Map.

The street is corner at 67 m distance. #4 may have no sensing range between 17m and 67m. When their devices is on ground zero, #4 LQI increases. But #5 decreases. It seems that planar antenna is not good as wire antenna with regard to elevation.

When they put on the north east corner of the backyard, #4 and #5 LQI value are 36 and varying 12 to 18. We should choice wire type for usual application.


Minimum measurement system 最小システム構成

Slip21MiniA
Fig.3 XBee Minimum System
Slip21MiniTWEa
Figure11 TWE Minimum System

Fig.3 shows minimum measurement system by XBee. The extension temperature sensor is suitable in water or shielded local radio wave point.

Although XBee's API binary format communication is hard for beginners to handle, TWE is very easy to get a trial measurement by App_Tag and communication app Teraterm or something.

Installing App Slip21, You can see the measurements to any free site as shown in Fig.3 and Figure11. Slip21 records, and outputs daily report TWE.txt and/or Meas.txt within 24 hours in an assigned interval. With mobile phone, you can see the report outdoor at real time.

Fig.3 に XBee を用いた最小測定システムを示します。外付けの温度センサは電波が減衰する水中,もしくは局所の測定に適しています。ワイヤレスセンサを電池駆動にするにはスリープ動作が 欠かせません。XBee の場合だと API 形式のバイナリ通信が必要になり,ビギナには敷居が高かったけれど,Figure11 に示す TWE は通信アプリ Teraterm を用いて簡単に無線タグアプリによる 測定結果が得られます。

アプリ Slip21 は XBee もしくは TWE による測定結果を記録し,直近24時間の日報 Meas.txt もしくは TWE.txt をリアルタイムに出力します。PC 内蔵のタスクスケジューラと FTP により, FC2 などの無料ホームページにアップロードできます。出先でスマホ等でインターネット接続すればリアルタイムに測定結果がわかります。

Field test フィールド試験

Slip21a
Fig.1 My Measurement System

Fig.1 shows my measurement system. Wireless sensor #1 is at the east back yard. #2 is on the east outdoor window. The sensors has another extension temperature sensor each. The extension sensor can apply for air, soil and liquid temperature measurement. Each wireless sensor includes a temperature sensor and a photo cell for Sun light intensity.

All the XBee wireless modules are the same type of wire antenna. 'Coordinator' means parent device. 'EndDevice' means child device.

This site shows revising manual. Slip21 updates daily record Meas.txt of XBees and TWE.txt of TWEs in my field all day long at real time. Click the below button, You see Meas.txt or TWE.txt. Press F5 key to refresh the screen.

Meas.txt TWE.txt

Meas.txt on fc2.com

TWE.txt on fc2.com

Fig.1 に応用例として,私の測定システム構成を示します。東側の裏庭と西側の窓下に各1個の XBee 装置を置いています。各装置に外付けの温度センサが接続されています。 気温,地温,液温の測定に使用します。本体内部には気温測定用の温度センサと光強度測定セルが内臓されています。ワイヤレスモジュール XBee は全て同じ無印 ワイヤアンテナタイプを 使用しています。コーディネータ Coordinator は親機を意味し,EndDevice は子機に相当します。そのほかに2個の TWE-Lite を用いた装置を XBee の装置に 隣接して設置しています。 モノワイヤレスの無線タグアプリによる温度と照度測定を開始しました。

改定中のマニュアルをサイトに掲載しています。XBee と TWE による測定結果 Meas.txt と TWE.txt もサイトに公開しておりモニタできます。下のボタンをクリックすれば,表示されます。 F5キーを押すと,画面が更新されます。

Meas.txt TWE.txt

Meas.txt on fc2.com

TWE.txt on fc2.com
010405_1
#1 #4 #5 2017-07-09
01Lq1
#1 Lq 2017-07-07
Chart
Figure 7 Daily outputs change chart
Chart
Figure 9 Analog sensors outputs chart compared with I2C
20170505
Figure 10 Photo cell saturates up to 3500 lux

#5 is under the smoke plastic east roof with double shades to cut off the sun radiation heat. #4 is with double shades to the east wall shown Photo 5.

The upside-down shade passes the sun light radiation through the drain hole of the planters. #1 is capped with double shade of one coin trash boxes.

The extension sensor measures hay temperature through PVC pipe. The sensor is capable for silage, compost, bed and bokashi. The splashproof case is applicapable for much humidity green house. The clear case passes the sun light for photo cell.

Figure 9 shows daily sensors outputs change chart. I get Meas.txt and TWE.txt on local PC and work them by LibreOffice Calc. I confirmed that analog temperature sensor error would be least around 20°C or 25°C. The error grows big as temperature lowers as shown. #1T and #4T are analog and I2C temperature sensors.

A photo cell saturated up to 750 mV as shown in Figure 10, when illuminance sensor was 3500 lux. The 5S peak was flat, though 5L increased more at the peak. Although #1 and #4 are installed side by side, Photo cell output 1S is far smaller than 4S. They are the same type and the same load resistors. It means that the photo cell has to calibrate to measure photo power. I found that the cheap I2C illuminance sensor was better than photo cell.

Photo 4 に示す#5幾は東向きの半透明の屋根下設置しています。#5には温度センサを搭載していません。Photo 5 に示す#4は東向きの壁に設置されています。

ポットを逆さまにした日除け用の笠は,本来排水のための穴があり直射日光による輻射熱の影響が避けられません。[1] #1 機の笠を Seria と Daiso で 入手したゴミ箱を二重日除けにしてみました。

外付けセンサは雑草温度を測定しています。このようにサイレージ,堆肥,ボカシ,苗床の長期温度管理に適用できます。

本体ケースは防滴構造になっており,ハウス栽培内での使用を想定しています。光を検出するフォトセルのためにクリアケースを採用しています。

Figure 9 に示すチャートはサーバに記録された Slip21 のデータをローカルPCから Meas.txt および TWE.txt にアクセスして LibreOffice Calc により作成しました。 同一場所に設置した#1と#4の測定結果を比較すると,#1のアナログ温度センサの低温における誤差が大きいです。夜間は太陽の輻射熱の影響もないからセンサ単体の誤差でしょう。 20°ないし25°で誤差が小さくなるようにセンサが設計されているのと辻褄が合います。恒温槽での評価の際よりも悪い結果となったのはよくわかりません。光強度は両方とも同じ 型番のフォトセルを使用し,負荷抵抗も同じ値です。XBee と TWE の ADC の違いによるものなのか。設置場所は異なるけど,同じ XBee 同士でも#1の出力は半分程だから, フォトセル(光電池)のゲインの違いの可能性の方が高いような気がします。安価な I2C デジタル照度センサが入手できるので光スイッチ用途でもない限り,照度測定するためにフォトセル個別に キャリブレーションをするメリットはないと思います。

参照
[1] 日除けの体をなさない笠



Building DIY wireless illuminometer ワイヤレス照度計の簡単製作法

I publish DIY wireless illuminometer that consists of TWE-Lite module and I2C illuminance sensor. The illuminometer is easy to build, and I describe how to DIY. It works all day long.

TWEakiCboardOutside
Photo6 Type C board outside
TWEakiCboardInside
Photo7 Universal board inside
No5Katagami
Photo8 Paper pattern to drill
No5
Photo9 #5 assembled in box

I built all the parts of the sensor in transparent PP 500 mL box available at one-coin shop. 3.6mm diameter drill worked holes through threads by drilling machine. I always the printed pattern paper to fix precise board hole pitch. I drew the pattern by CAD. I also worked a hole to fix I2C illuminance TSL2561 module at the side of the box. Photo9 shows the fastened parts that contains the wired board, the battery holder, the illuminance module by M3 screws. The photo cell was fixed by hot melt plastic rod.

How to assemble wireless sensor board

TWE supports wireless tag app which is easier than XBee to apply for I2C sensor. I have measured temperature by analog semiconductor sensor, while I2C temperature sensors have little errors than analog ones, as I2C sensors are digital signal. I confirmed that the analog temperature sensors have accuracy by simple insulator box with high precision I2C HDC1000 sensor. With I2C temperature sensors, We will not have to correct analog sensors or do confirmation test with reference.

Slip21 works for XBee with analog temperature sensors or TWE with I2C sensor. XBee and the analog sensors are supplied with regulated DC/DC converter. And the XBee module needs 2 ICs. Another TWE-Lite module works without other ICs. It connects with I2C sensor direct. The circuit is very simple. You can wire on bread board without soldering or universal board by soldering wires.

The assembled board is shown in Photo6. The assembly is wired on type C Akizuki's universal board AE-03 by soldering.

You may use DIP IC socket for TWE-Lite to replace or write firmware, though I soldered it and 6P header to write firmware by TTL-232R-3V3 cable. Refer to the uploaded board circuit.

ワイヤレスセンサ基板組み立て

Slip21 は電波法の審査をクリアしているワイヤレスモジュール XBee もしくは TWE-Lite を用います。どちらも, 電池駆動による長期間のワイヤレス通信を実現するために スリープ間欠動作します。TWE-Lite の無線タグアプリ Tag_App は I2C 対応のセンサに標準対応しており非常に便利です。従来のアナログセンサの場合,正確に測定しようと思えば,それなりに 校正とか補正をしなければなりませんでした。I2C センサは微小なマイコンが組み込まれていて本体の無線モジュールとはデジタル信号のインタフェースになります。アナログセンサを駆動するには 定電圧が必要になり,XBee モジュールの場合,DC/DC コンバータを搭載し,さらに他の信号処理ICも必要になります。その点,TWE-Lite の場合,I2C センサと直結が可能で電子部品数が半減して, 配線が簡単に済みます。さらに信頼性も向上するかもしれません。

TWE-Lite を用いた基板の組立について説明します。回路は非常に簡単なので,少数の基板であれば,印刷された専用基板 PWB (PCB) を製作する必要はないでしょう。汎用のユニバーサル印刷基板 に配線を半田付けするか,もしくはブレッドボードを用いれば半田付けの必要がなくなります。

Contact

I invite cooperative partners to develop the on-line measurement project for greenhouse or a staff to speak English. Please make contact and inquiry with 'enoki.k@gmail.com'.

連絡先

お問い合わせ等のご連絡は enoki.k@gmail.com 迄御一報いただけますと幸いです。パートナーを求めています。関心のある方,ぜひコンタクトをお待ち申し上げます。

 


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