Csatornaút: 3 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

A szennyvízcsatorna -tisztítás jelenlegi folyamata inkább reaktív, mint proaktív. A telefonhívásokat regisztrálják, ha egy területen eltömődött a csatorna. Ezenkívül a kézi lehúzóknak nehéz nulla nullát elérniük a hiba helyén. Ütés-próba módszerrel végzik el a tisztítást több érintett aknában az érintett területen, sok időt vesztegetve. Ezenkívül a mérgező gázok magas koncentrációja ingerlékenységhez, fejfájáshoz, fáradtsághoz, arcüreg -fertőzésekhez, hörghuruthoz, tüdőgyulladáshoz, étvágytalansághoz, rossz memóriához és szédüléshez vezet.

A megoldás az, hogy egy prototípust tervezünk, amely egy kisméretű eszköz - toll formájával - az akna fedelébe ágyazva. A készülék alsó része, amely a fedél zárva tartása alatt az akna belsejének van kitéve - érzékelőket tartalmaz, amelyek érzékelik a csatornában lévő víz szintjét és a gázok koncentrációját, beleértve a metánt, szén -monoxidot, szén -dioxidot és nitrogén -oxidokat. Az adatokat egy főállomásra gyűjtik, amely a LoRaWAN -on keresztül kommunikál ezekkel az eszközökkel az egyes aknákban telepített eszközökkel, és elküldi az adatokat egy felhőszervernek, amely irányítópultot üzemeltet megfigyelés céljából. Ezenkívül ez áthidalja a szakadékot a csatornák karbantartásáért és a szemétszállításért felelős önkormányzati hatóságok között. Ezeknek az eszközöknek az egész városban történő telepítése lehetővé teszi a megelőző megoldás számára az eltömődött csatornavezeték helyének azonosítását és pontos meghatározását, mielőtt a szennyvíz a felszínre kerül.

Kellékek

1. Ultrahangos érzékelő - HC -SR04

2. Gázérzékelő - MQ -4

3. LoRa átjáró - Raspberry pi 3

4. LoRa modul - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Zümmögő modul

7. 500mAh, 3,7V Li-ion akkumulátor

1. lépés:

Az első prototípushoz tic-tac-ot (doboz friss menta) használtam a burkolatként. Az ultrahangos érzékelőket úgy rögzítették, hogy a Tx és Rx a csatornázás felé mutassanak. Az ultrahangos érzékelő és a gázérzékelő csatlakoztatása nagyon egyszerű. Csak be kell táplálnia az egyes érzékelőket, és a NodeMCU -ban elérhető 8 digitális tű bármelyikét használnia kell az adatok olvasásához. Felvettem az összefüggéseket a jobb megértés érdekében.

2. lépés: Ismerkedés a SEMTECH SX1272 -tel

A következő lépés a könyvtárak telepítése a NodeMCU -ra.

A Semtech LoRa modul könyvtárait ezen a linken találja:

A könyvtár telepítéséhez:

• Telepítse az Arduino könyvtárkezelővel ("Vázlat" -> "Könyvtár beillesztése" -> "Könyvtárak kezelése …"), vagy
• Töltsön le egy zipfile -t a github -ból a "Download ZIP" gombbal, és telepítse az IDE használatával ("Sketch" -> "Include Library" -> ". ZIP Library hozzáadása …"
• Klónozza ezt a git adattárat a vázlatfüzet/könyvtárak mappába.

Ahhoz, hogy ez a könyvtár működjön, az Arduino-t (vagy bármilyen Arduino-kompatibilis kártyát használ) csatlakoztatnia kell az adó-vevőhöz. A pontos kapcsolatok kissé függnek az adó -vevő kártyától és az alkalmazott Arduino -tól, ezért ez a szakasz megpróbálja elmagyarázni, hogy az egyes kapcsolatok mire szolgálnak és milyen esetekben (nem) szükségesek.

Ne feledje, hogy az SX1272 modul 3,3 V -on működik, és valószínűleg nem szereti az 5 V -ot a csapjain (bár az adatlap erről nem mond semmit, és az adó -vevőm nyilvánvalóan nem tört el, miután véletlenül néhány órán keresztül 5 V -os I/O -t használt). A biztonság érdekében mindenképpen használjon szintváltót, vagy Arduino -t, amely 3,3 V feszültséggel működik. A Semtech kiértékelő tábla 100 ohmos ellenállással rendelkezik sorban, minden adatvezetékkel, amely megakadályozhatja a károsodást, de erre nem számítanék.

Az SX127x adó -vevő tápfeszültségének 1,8 V és 3,9 V között kell lennie. Jellemző a 3,3 V -os tápegység használata. Néhány modulnak egyetlen tápcsatlakozója van (mint például a HopeRF modulok, 3,3 V -os felirattal), de mások több tápcsatlakozót tesznek közzé a különböző részekhez (például a Semtech kiértékelő tábla, amely VDD_RF, VDD_ANA és VDD_FEM), és amelyek mind összekapcsolhatók. A GND csapokat az Arduino GND csapokhoz kell csatlakoztatni.

Az adó -vevővel való kommunikáció elsődleges módja az SPI (Serial Peripheral Interface). Ez négy tűt használ: MOSI, MISO, SCK és SS. Az előbbi hármat közvetlenül össze kell kötni: tehát a MOSI a MOSI -hoz, a MISO a MISO -hoz, az SCK az SCK -hoz. Ahol ezek a csapok az Arduino készüléken helyezkednek el, lásd például az Arduino SPI dokumentáció „Kapcsolatok” című részét. Az SS (slave select) kapcsolat valamivel rugalmasabb. Az SPI slave oldalon (az adó -vevő) ezt a (tipikusan) NSS feliratú csaphoz kell csatlakoztatni. Az SPI master (Arduino) oldalon ez a tű bármilyen I/O tűhöz csatlakoztatható. A legtöbb Arduino rendelkezik "SS" feliratú tűvel is, de ez csak akkor releváns, ha az Arduino SPI rabszolgaként működik, ami itt nem így van. Bármelyik tűt is választja, meg kell mondania a könyvtárnak, hogy milyen tűt használt a tűleképezésen keresztül (lásd alább).

Az adó -vevő kártyán található DIO (digitális I/O) érintkezők különböző funkciókhoz konfigurálhatók. Az LMIC könyvtár ezeket használja, hogy azonnali állapotinformációkat kapjon az adó -vevőtől. Például, amikor elindul a LoRa átvitel, a DIO0 érintkező TxDone kimenetként van konfigurálva. Amikor az átvitel befejeződött, a DIO0 érintkezőt az adó -vevő magasra teszi, amelyet az LMIC könyvtár észlelhet. Az LMIC könyvtárnak csak a DIO0, DIO1 és DIO2 hozzáférésre van szüksége, a többi DIOx csap lekapcsolva maradhat. Az Arduino oldalon bármelyik I/O érintkezőhöz csatlakozhatnak, mivel a jelenlegi megvalósítás nem használ megszakításokat vagy más speciális hardverfunkciókat (bár ez hozzáadható a funkcióhoz, lásd még az "Időzítés" részt).

LoRa módban a DIO csapokat a következőképpen kell használni:

• DIO0: TxDone és RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

FSK módban a következőképpen használják őket:

• DIO0: PayloadReady és PacketSent
• DIO2: TimeOut

Mindkét módnak csak 2 tűre van szüksége, de a tranceiver nem teszi lehetővé azok feltérképezését oly módon, hogy minden szükséges megszakítás megszakítsa a térképet ugyanarra a 2 tűre. Tehát, ha mind a LoRa, mind az FSK módot használja, mindhárom érintkezőt csatlakoztatni kell. Az Arduino oldalon használt csapokat a vázlatában lévő csap leképezésében kell konfigurálni (lásd alább). Visszaállítás Az adó -vevő rendelkezik egy visszaállító tűvel, amellyel egyértelműen visszaállítható. Az LMIC könyvtár ezt használja annak biztosítására, hogy a chip konzisztens állapotban legyen az indításkor. A gyakorlatban ezt a tűt lekapcsolva hagyhatja, mivel az adó-vevő már jó állapotú lesz a bekapcsoláskor, de a csatlakoztatása bizonyos esetekben megelőzheti a problémákat. Az Arduino oldalon bármilyen I/O tű használható. A használt PIN -kódot a tűleképezésben kell beállítani (lásd alább).

Az adó -vevő két külön antennacsatlakozót tartalmaz: egyet az RX -hez és egyet a TX -hez. Egy tipikus adó -vevő kártya tartalmaz egy antenna kapcsoló chipet, amely lehetővé teszi egyetlen antenna átkapcsolását ezen RX és TX kapcsolatok között. Egy ilyen antennakapcsolónak tipikusan meg lehet mondani, hogy milyen pozícióban kell lennie, egy gyakran RXTX feliratú bemeneti érintkezőn keresztül. Az antennakapcsoló vezérlésének legegyszerűbb módja az RXTX tű használata az SX127x adó -vevőn. Ez a csap automatikusan magasra van állítva a TX alatt, és alacsony az RX alatt. Például a HopeRF tábláknál úgy tűnik, hogy ez a kapcsolat a helyükön van, így nem tesznek ki semmilyen RXTX -tűt, és a tüskét használhatatlanként lehet megjelölni a tűleképezésben. Néhány tábla feltárja az antennakapcsoló csapját, és néha az SX127x RXTX tűt is. Például az SX1272 kiértékelő tábla az előbbit FEM_CTX, az utóbbit pedig RXTX -nek hívja. A legegyszerűbb megoldás ismét az, hogy ezeket egyszerűen össze kell kötni egy áthidaló vezetékkel. Alternatív megoldásként, vagy ha az SX127x RXTX tű nem érhető el, az LMIC konfigurálható az antennakapcsoló vezérlésére. Csatlakoztassa az antennakapcsoló vezérlőcsapját (pl. FEM_CTX a Semtech kiértékelő táblán) az Arduino oldalán található bármely I/O érintkezőhöz, és konfigurálja a tűtérképen használt tűt (lásd alább). Nem teljesen világos, hogy miért nem akarja, hogy az adó -vevő közvetlenül vezesse az antennát.

3. lépés: Ház 3D nyomtatása

Miután mindent rendbe hoztam, úgy döntöttem, hogy 3D nyomtatást végzek a tokhoz a modulhoz a jobb megjelenés érdekében.

A végtermékkel a kezünkben egyszerű volt a telepítés az emberlyukba, és valós idejű eredmények elérése a műszerfalon. A valós idejű gázkoncentráció-értékek a vízszintjelzéssel lehetővé tették a hatóságok számára a proaktív megközelítést, valamint a probléma biztonságosabb kezelését.