Placa de Circuito Integrada
Após montarmos, mapearmos e testarmos todo o sistema com os componentes discretos avançamos para o desenho da placa de circuito impresso, contámos com a ajuda do departamento de sistemas e tecnologias de informação do Colégio Ribadouro para a realização do desenho e produção das boards Guarda-Rios.
Integramos o ESP32, ADC 1115 com quatro entradas analógicas e o transceiver LORA EBYTE E220 na nossa PCI, sendo ainda possível utilizar mais entradas do ESP32 para sensores adicionais pois estes pins estão expostos.
Esquema de montagem
Este circuito integra vários sensores e módulos para formar um sistema capaz de monitorização ambiental e comunicação de dados. O núcleo do circuito é um microcontrolador ESP32, que interage com um módulo EBYTE LoRa E220 para comunicação de longo alcance, um ADS1115 para conversão analógico-digital aprimorada, e múltiplos sensores, incluindo um sensor de TDS (Total de Sólidos Dissolvidos), um sensor de turbidez, um medidor de pH e um sensor de temperatura. O circuito é alimentado por um painel solar ligado a um módulo de alimentação que fornece tensões reguladas aos componentes e controla a carga e descarga das baterias de lítio.
Lista de Componentes
ESP32 (30 pinos)
· Descrição: Um microcontrolador com capacidades Wi-Fi e Bluetooth, com uma variedade de pinos digitais e analógicos para interligação com periféricos.
· Finalidade: Atua como a unidade central de processamento, gere a recolha de dados dos sensores, o processamento e a comunicação via o módulo LoRa.
EBYTE LoRa E220
· Descrição: Um módulo de comunicação LoRa de longo alcance.
· Finalidade: Permite a transmissão de dados a longa distância para um recetor ou rede remota.
ADS1115
· Descrição: Um conversor analógico-digital (ADC) de precisão com interface I2C.
· Finalidade: Fornece leituras analógicas de alta precisão de vários sensores.
Placa de Sensor TDS
· Descrição: Uma placa de sensor para medir o total de sólidos dissolvidos na água.
· Finalidade: Monitoriza a qualidade da água medindo a concentração de sólidos dissolvidos.
Sensor de Temperatura
· Descrição: Um sensor para medir a temperatura ambiente.
· Finalidade: Fornece dados de temperatura para monitorização ambiental.
Painel Solar
· Descrição: Um painel fotovoltaico que converte luz solar em energia elétrica.
· Finalidade: Fornece energia ao circuito, garantindo operação sustentável e autónoma.
Medidor de pH V1.1
· Descrição: Um sensor para medir a acidez ou alcalinidade de uma solução.
· Finalidade: Monitoriza a qualidade da água medindo o seu nível de pH.
Fonte de Alimentação
· Descrição: Um módulo que fornece saídas de tensão regulada a partir de uma fonte de entrada e controla a carga e descarga de baterias..
· Finalidade: Distribui energia do painel solar para os componentes do circuito.
Sensor de Turbidez
· Descrição: Um sensor para medir a turbidez ou opacidade de um fluido.
· Finalidade: Avaliar a qualidade da água determinando o nível de turbidez.
Detalhes das Ligações
ESP32 (30 pinos)
· Vin ligado à Fonte de Alimentação 3V3
· GND ligado à Fonte de Alimentação GND
· RX2 ligado ao EBYTE LoRa E220 TXD
· TX2 ligado ao EBYTE LoRa E220 RXD
· D4 ligado ao EBYTE LoRa E220 M0
· D22 ligado ao EBYTE LoRa E220 M1
· D21 ligado ao EBYTE LoRa E220 AUX
· 3V3 ligado ao EBYTE LoRa E220 VCC
· D19 (SCL) ligado ao ADS1115 SCL
· D18 (SDA) ligado ao ADS1115 SDA
EBYTE LoRa E220
· M0 ligado ao ESP32 D4
· M1 ligado ao ESP32 D22
· RXD ligado ao ESP32 TX2
· TXD ligado ao ESP32 RX2
· AUX ligado ao ESP32 D21
· VCC ligado ao ESP32 3V3
· GND ligado ao ESP32 GND
ADS1115
· VDD ligado à Fonte de Alimentação 5V
· GND ligado à Fonte de Alimentação GND
· SCL ligado ao ESP32 D19
· SDA ligado ao ESP32 D18
· A0 ligado ao Sensor de Turbidez D
· A1 ligado ao Medidor de pH DATA
· A2 ligado à Placa de Sensor TDS A
· A3 ligado ao Sensor de Temperatura DATA
Placa de Sensor TDS
· GND ligado à Fonte de Alimentação GND
· VCC ligado à Fonte de Alimentação 5V
· A ligado ao ADS1115 A2
Sensor de Temperatura
· DATA ligado ao ADS1115 A3
· VCC ligado à Fonte de Alimentação 5V
· GND ligado à Fonte de Alimentação GND
Painel Solar
· USB Tipo C ligado à Fonte de Alimentação USB Tipo C
Medidor de pH V1.1
· DATA ligado ao ADS1115 A1
· VCC ligado à Fonte de Alimentação 5V
· GND ligado à Fonte de Alimentação GND
Fonte de Alimentação
· GND ligado ao ESP32 GND, ADS1115 GND, Sensor de Turbidez GND, Placa de Sensor TDS GND, Sensor de Temperatura GND, Medidor de pH GND
· 3V3 ligado ao ESP32 Vin
· 5V ligado ao ADS1115 VDD, Sensor de Turbidez VCC, Placa de Sensor TDS VCC, Sensor de Temperatura VCC, Medidor de pH VCC
· USB Tipo C ligado ao Painel Solar USB Tipo C
Sensor de Turbidez
· GND ligado à Fonte de Alimentação GND
· VCC ligado à Fonte de Alimentação 5V
· D ligado ao ADS1115 A0
Tratamento e disseminação dos dados recolhidos
Estamos a implementar um servidor para a recolha dos dados, também ele baseado em tecnologias open-source, que conta com:
1. Base de dados Influx DB, especialmente apropriada para a ingestão de dados de sensores ao longo do tempo.
2. Visualizações com Grafana.
3. Portal para a visualização de gráficos e download dos dados recolhidos.