Устройство BaroLog создано для длительного автономного мониторинга давления и температуры. Предполагаемое время работы устройства от 3х АА-батареек – не менее 1 года. Работа возможна при температурах от -10˚С до 40˚С (диапазон в первую очередь ограничен используемым элементом питания).
Предполагается использовать для записи годовых циклов давления/температуры в пещерах. Устройство может быть сконфигурировано для различных интервалов записи показаний (от 8 секунд до нескольких часов). Следует учитывать, что размера памяти для коротких интервалов записи не хватит на целый год (к примеру, при записи каждые 8 секунд, размер хранимого лога всего 9 суток).
Благодаря встроенным часам, точная запись момента старта может не производится, а по окончанию работы самописца есть возможность оценить уход его внутренних часов и провести простейшие коррекции.
В основе устройства лежит микроконтроллер Atmel ATmega8 (во 2ой аппаратной версии заменен на ATmega88). Для измерения давления используется датчик Bosch BMP085, в нем же имеется термометр. Так же опционально предусмотрен акселерометр Freescale MMA7455 для определения двигательной активности и датчик HOPERF HSF1000 (барометр с пределом измерений 10атм).
Часы реального времени реализуются средствами микроконтроллера. Для этого к контроллеру подключен кварцевый резонатор на 32768Гц. Он тактирует внутренний таймер (Timer2), прерывания от таймера идут с максимально доступным интервалом: 8 секунд. Метка текущего времени представлена в UNIX-формате (32-битное число секунд от определенной даты).
Реализация барометра HFS1000 не закончена, предполагалось использовать его в качестве второго датчика давления с низкой точностью, но большим диапазоном, позволяющим фиксировать давление под водой. Для связи с внешним миром используется Bluetooth модуль HC-05.
Сохранение данных происходит на микросхему Flash-памяти Atmel AT45DBxxxD, объемом от 128кБ до 4Мб (AT45DB642D объемом 8Мб не поддерживается).
Актуальная схема:
Плата первой версии «baro-log 1.0» (с ошибками, схема):
На ней были найдены следующие ошибки:
Недочеты первой аппаратной версии:
А вот сборочный для второй версии устройства:
Внешний вид (без корпуса):
И процесс упаковки в корпус:
Можно заметить конструкцию кнопки. Использована пластинка от тактовой кнопки сотового телефона. Контакты оформляются разводкой платы, сверху наклеивается скотч для герметизации пространства под кнопкой.
Отверстия в корпусе сделаны, чтобы было видно состояние индикаторов и для возможности нажать кнопку не разбирая устройство. В дальнейшем этих отверстий скорее всего не будет.
Так же вся плата залита акриловым лаком (Plastik 70), сделано это из-за того, что предполагается длительная работа в условиях высокой влажности (а герметичный корпус из-за барометра применять проблематично).
Потребление в режиме самописца:
Добавлено: на микроконтроллере ATmega88, потребление в режиме самописца составляет менее 1мкА. Таким образом, схема при питании от АА и даже ААА батареек получается практически вечной.
Пример обработки собранных данных в Excel:
Пример обработки собранных данных в браузере (при помощи пакетов Highcharts, PapaParce, JQuery):
Обработка данных доступна на этой странице. Страница работает через браузер (посредством JavaScript), так что их можно сохранить и использовать локально.
Для вычисления давления, которое создает столб воздуха, используется следующая формула:
Для вычисления разности высот между точками необходимо просто выразить значение h:
В формуле используются вполне определенные значения: газовая постоянная, молярная масса воздуха, ускорение свободного падения:
P_0 = 101325.0 Па μ = 0.02896 кг/моль g = 9.807 м/(с*с) R = 8.3143 Дж/(моль*К)
Сложность заключается только в выборе температуры. Разность значений при выборе температуры в диапазоне от 0 до 20°С выйдет около 7%, в большинстве случаев это вполне допустимо. От погодных условий давление "прыгает" куда сильнее, в пересчете на высоту значения могут отличаться на 200-300 метров. В случае с пещерой, температуру можно указать точнее, мало того и общие ее колебания там намного меньше.
Сама же идея синхронного баронивелирования заключается в построении профиля давления в 2х точках, причем данные измерения должны быть точно синхронизированы по времени.
В процессе первых реальных тестов были выявлены следующие недоработки:
Особо много вопросов возникает из-за последнего пункта.
