Costruire un Sismometro Digitale con esp8266 NodeMCU e MPU-6050

Quella che segue è una guida per la realizzazione di un Sismometro digitale basato su accelerometro, collegato alla nuova rete di sismografi italiana Seismocloud.
Per realizzare un prototipo del genere si può optare per una vasta gamma di soluzioni, in termini di forma, modello di accelerometro o board di controllo.

Hardware Necessario

Nello specifico I componenti hardware da me adottati sono elencati di seguito:
– accelerometro I2C (mpu-6050)
– modulo esp8266 (nodemcu devkit)
– alimentatore 5V 1A
– box contenitore di plastica

Il box di plastica è ricavato direttamente da una presa telecomandata. Svuotata delle componenti interne per utilizzare il case esterno di plastica. Mostrata qui in foto:

A seconda del microcontrollore e dei componenti elettronici che si vogliono usare è necessario considerare il voltaggio e l’amperaggio necessario.
Nel caso di un accelerometro come l’mpu6050, l’alimentazione della board stessa è sufficente. Per la board invece è possibile fornire un’alimentazione di 5v-20v direttamente tramite il pin VIN e GND, il regolatore di tensione integrato provvederà a regolare la tensione sui 3.3V. La peculiarità del devkit nodemcu è che essendo basato su chip esp8266 possiede una connessione wifi integrata. In alternativa al nodemcu si può utilizzare una board basata su arduino e il modulo esp8266-01 separatamente connesso per fornire la connessione wifi.
Ecco l’accelerometro MPU-6050:

E qui il devkit NodeMCU:

I componenti hardware scelti sono molto diffusi e di facile reperibilità sul mercato, tant’è che il costo totale del progetto non supera i 15 euro.

Di seguito illustriamo i procedimenti necessari a collegare insieme le parti elettroniche e inscatolare il tutto.

Reperiamo l’alimentatore a 5V

Attenzione. È necessario operare delle saldature con stagno sulle pcb degli alimentatori e sulla board elettronica, inoltre è consigliabile la supervisione di un esperto se non si è familiari con le alte tensioni (220v).

Se anche voi avete optato per un contenitore di plastica non troppo grande, sicuramente lo spazio disponibile non sarà molto. Dunque è importante che i pezzi scelti, che andranno a comporre il progetto finale siano abbastanza piccoli da entrare quasi comodamente all’interno. Per procurarmi un alimentatore abbastanza piccolo da entrare nel box di plastica è stato necessario smontare un alimentatore usb da viaggio, piccolo compatto, uno di quelli realizzati da Samsung, Apple o simili.
Solitamente per aprirne uno è sufficiente fare leva con un taglierino per rimuovere la parte superiore, dopodichè il trasformatore interno può essere sfilato con una pinza dal suo alloggiamento. Nel caso fosse incollato/saldato alla base, potete provare a usare un pò di forza e rompere il case di plastica attorno, difficilmente infatti esso potrà essere riutilizzato.

Saldiamo i contatti 220v al trasformatore

Estratto il trasformatore, possiamo procedere alla collocazione all’interno della scatola di plastica ricavata dalla presa telecomandata già smontata e vista sopra. Trovata la posizione più idonea possiamo saldare i contatti 220V uscenti dal box di plastica con i contatti d’entrata del trasformatore USB. Non è un problema mantenere il connettore USB all’interno del box saldato, anche se inutilizzato, dissaldarlo infatti è un’inutile perdita di tempo, lo spazio ricavato è pressocchè nullo, dunque manteniamolo e procediamo a saldare i contatti:

Completate le saldature dei cavi che porteranno la 220v dai morsetti della presa di casa al trasformatore a 5V, assicuriamoci che il tutto sia ben isolato, onde evitare contatti indesiderati e procediamo a testare quanto appena realizzato collegandolo alla rete elettrica di casa con un qualunque dispositivo usb collegato all’apposito connettore o usando un tester.

Troviamo le piste dei poli + e – a 5V

Con un tester possiamo facilmente trovare i punti in cui andremo a catturar l’alimentazione che ci servirà per la nostra board.
Questo passo è critico se non si è sicuri di ciò che si sta facendo. E’ raccomandato l’uso di un paio di guanti isolanti.
Senza richiudere il box di plastica colleghiamo alla presa elettrica il tutto. E rifacendoci alle figure sotto mostrare e seguendo le piste sul retro della PCB che vanno al connettore USB, cerchiamo di individuare i possibili poli + e – da 5V.

A questi poli dovremo saldare due cavetti, che poi andranno a loro volta connessi al pin VIN e GND della board NodeMCU. E possiamo già farlo.

Collochiamo la board e l’accelerometro

Personalmente ho trovato un pò di difficoltà nel far entrare la board di lungo dentro il case di plastica. Per farci stare il tutto ho dovuto rimuovere parti di plastica superflue e sciogliere e deformare leggermente il contenitore. Inoltre per comodità ho voluto mantenere tutti i pin della board, ruotandoli di 90° e ho preferito posizionare la board incastrandola sul coperchio superiore. In seguito per collegare accelerometro e alimentazione al NodeMCU piuttosto che effettuare delle saldature permanenti è risultato più comodo prendere dei cavetti jumper femmina e rimuovere il cappuccio in plastica, dopodichè si possono inserire e isolare l’uno dall’altro con un pò di nastro isolante. Come si vede in foto:

I cavetti jumper femmina, per intenderci sono questi:

Una volta posizionata la board NodeMCU ed MPU-6050. Possiamo assicurarci che il tutto funzioni collegando la presa elettrica. Se il tutto viene alimentato dovremmo essere a buon punto. Possiamo scegliere se caricare il firmware e il codice sulla board in questo preciso momento oppure più tardi, a seconda se decidete di forare la board di plastica per mantenere la possibilità di collegarvi al cavo micro USB o meno.

Firwmare e upload del codice

L’upload del firmware e del codice son reperibili sulla repository ufficiale del progetto SeismoCloud, direttamente su github. Nella stessa repository troverete un breve How-To che spiega le librerie e gli step necessari a caricare il codice basato su Arduino.

NB. la versione attuale, prevede che la posiziona di latitudine e longitudine siano manualmente inserite all’interno del codice. Essendo un Sismometro digitale ad uso abitativo, accertatevi di aver inserito le coordinate in base al luogo d’effettivo utilizzo.

Prepariamoci a richiudere il tutto

Se la board è alimentata e funziona come previsto. Passiamo a richiudere il tutto.
Se siete arrivati fino a questo punto noterete che le componenti hardware, una volta rinchiuse nel box, sono a stretto contatto. Questo non è consigliato. Si potrebbe facilmente incorrere in cortocircuiti. Per evitare che succeda, procuratevi delle pellicole di plastica e stendele sopra al modulo d’alimentazione, così che non possa entrare in contatto con la board.

Nel mio caso inizialmente l’idea era quella di inscatolare il Sismometro e mantenere la presa uscente ricavata dal box di plastica originario, ma per questioni di spazio in corso d’opera è stato necessario rimuoverla per inserirci l’accelerometro, dunque si può pensare adesso di tappare il buco sopra con uno schermetto OLED da 0.96″, qualche LED colorato o ancora, un pezzetto di carta o un logo particolare.

Conclusione

Questo Sismometro digitale è pensato per essere connesso alla rete di sismografi digitali SeismoCloud, un progetto nato all’università La Sapienza di Roma.
Gli scenari d’utilizzo possono essere molteplici e i miglioramenti disparati. Sul sito trovate altre semplici guide su come costruirvi un vostro sismometro.
Se volete contribuire chiunque è libero di farlo. Attraverso le repository online o anche semplicemente installando l’app Android sul proprio smartphone e facendo così in modo che quando non utilizzato e in posizione orizzontale venga usato come un Sismometro portatile.

Vi invitiamo pertanto a leggere di più sul sito di Seismocloud.