Környezeti érzékelő rendszer csatlakoztatása UAV -okhoz: 18 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Ennek az utasításnak az a célja, hogy leírja, hogyan kell felépíteni, rögzíteni és működtetni az Integrated Solutions Technology környezeti érzékelő rendszerét egy DJI Phantom 4 drónnal együtt. Ezek az érzékelőcsomagok a drónt használják a potenciálisan veszélyes környezetbe történő szállításhoz, hogy azonosítsák a szén -monoxid (CO), a szén -dioxid (CO2) és a folyékony propángáz (LPG) jelenlegi kockázati szintjét az OSHA és az EPA szabványokhoz képest. Fontos megjegyezni, hogy bár ebben az utasításban egy sugárzásérzékelő is szerepel, az önálló egységként fog működni a gázérzékelőkhöz, és a bemutatott végtermék csak a fent felsorolt gázérzékelő alkatrészeket tartalmazza.

Lépés: Gyűjtse össze a szükséges eszközöket, szoftvereket és anyagokat

Használt eszközök:

1. Arduino szoftver (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
2. Fogó
3. Asztali fűrész csiszolólappal
4. Asztali daráló

Felhasznált anyagok:

1. DJI Phantom 4
2. Arduino Uno
3. Jackery külső akkumulátor 3350mAh
4. Standard kenyértábla
5. Szén -monoxid -érzékelő - MQ - 7
6. Folyékony propángáz -érzékelő - MQ - 6
7. Szén -dioxid CO2 érzékelő - MG - 811
8. AK9750 Si7021 Páratartalom és hőmérséklet érzékelő
9. Pocket Geiger sugárzásérzékelő - 5. típus
10. Bluetooth modem - BlueSMiRF Gold
11. Lágy acél fogasszíjak
12. SparkFun feltalálói készlet
13. 3M kétoldalas rögzítőszalag

2. lépés: Szerelje össze az érzékelő és a mikrokontroller vezetékét

Nyissa meg a termék gyártójának összes érzékelő adatlapját, hogy meghatározza a komponensek megfelelő működéséhez szükséges bemeneti és kimeneti csapokat. Annak érdekében, hogy a gáz- és sugárzási csomagban található összes komponens hatékony tájékozódást tudjon kialakítani, minden érzékelőt és modult külön kell bekötni, hogy működőképes legyen, amikor csatlakoztatva van a mikrokontrollerhez, mielőtt egyetlen kenyérlapra integrálja. Az egyértelműség érdekében a következő lépések tartalmazzák az egyes bázisáramkörök és kódok létrehozásának folyamatát.

3. lépés: Határozza meg a MQ -7 szén -monoxid -érzékelő bemeneti és kimeneti csapjait

Amint az a fenti ábrán látható, a CO komponensnek három bemeneti feszültségű csapnak kell lennie a jobb szélső sínen, amelyek az 5 V -os mikrokontroller tápegységhez vannak csatlakoztatva. Az analóg bemeneti csap az A0, A1, A2, stb. Feliratú mikrovezérlő bármelyik csatlakozójához csatlakozik, míg a földelőcsapok a mikrokontroller földelőcsapjaihoz. Végül 10K ohmos ellenállást használnak a bal alsó érzékelőcsap földhöz való csatlakoztatására. Fontos megjegyezni, hogy ez a pinout a rendszerben használt CO2 és LPG érzékelőkre is alkalmazható.

4. lépés: Csatlakoztassa az érzékelőt a kivezetéssel összhangban a mikrokontroller bemeneti és kimeneti csapjaihoz

Amint azt az előző lépésekben tárgyaltuk, az egyik tű analóg bemeneti tűként van kijelölve a mikrokontroller számára. A fent megjelenített és a következő lépésben letölthető alapkódban a definiált analóg tű A0. Ennek a jelölésnek megfelelően csatlakoztassa a bal felső csapot a mikrokontroller A0 -ás érintkezőjéhez. Ezután közös 5 V-os bemenet és földi sín létesíthető úgy, hogy a bal oldali kenyérsütő tápegységet (amelyet "-" szimbólum jelöli) a földelőcsaphoz, a jobb oldali sávot ("+") pedig az 5 V-os csatlakozóhoz csatlakoztatja. A kenyértábla ilyen módon történő bekötésével az érzékelőcsapok közvetlenül a kenyérsütő síneire köthetők, lehetővé téve a tiszta csatlakozást a mikrokontrollerhez. Ezt a szerkezetet a fenti bázisáramkör képei mutatják be.

5. lépés: Töltse le a gázérzékelő alapkódját

Csatlakozás után töltse fel a SparkFun termékoldaláról (https://www.sparkfun.com/products/9403; csatolt) kapott Arduino alapkódot a felület bal felső sarkában található nyíl megnyomásával, és ellenőrizze, hogy az alkatrész be van -e kötve. a pinoutnak megfelelően.

6. lépés: Nyissa meg a soros monitort a működőképesség biztosítása érdekében

Nyissa meg a soros monitort a felület jobb felső sarkában található nagyító ikon kiválasztásával. Ez megnyit egy külön ablakot, amely fent látható, ahol az érzékelő kimenete, eredetileg feszültségleolvasás jelenik meg. Ha az adatok nem jelennek meg a soros monitoron a jelzett módon, ellenőrizze, hogy az analogRead funkció a folyamat korábbi szakaszaiban bekötött analóg tű megfelelő számára hivatkozik -e.

7. lépés: Ismételje meg a 3-6 lépéseket az LPG és szén-dioxid gázérzékelőknél

Ismételje meg a csapok meghatározását, az érzékelő huzalozását és a kódfeltöltést a további érzékelők működőképességének biztosítása érdekében.

8. lépés: Wire SparkFun Si7021 páratartalom- és hőmérséklet -érzékelő (opcionális)

Ugyanezt az általános folyamatot írják le a gázérzékelőkre a hőmérséklet- és páratartalom -érzékelőre. Azonban a pinout eltér a gázérzékelőktől, és fent látható. A VCC csap (jobbról a második az érzékelőn) vagy 5 vagy 3,3 V -os mikrokontroller áramforráshoz, a földelőcsap pedig a gázvezérlő földeléséhez csatlakozik, amint az a gázérzékelő huzalozásában látható. Az analóg kimeneti csap helyett ez az érzékelő SDA és SCL kimeneti tüskéket tartalmaz, amelyek felelősek az adatok továbbításáért az érzékelőből a mikrokontrollerbe feldolgozás céljából. Ez az érzékelő használható a gázérzékelők mérési pontosságának ellenőrzésére az adatlap értékeikhez képest.

9. lépés: Töltse le a Si7021 páratartalom- és hőmérsékletérzékelő SparkFun alapkódját

A kábelezés befejezése után a mellékelt mintakódot (a https://www.sparkfun.com/products/13763 weboldalról módosítva) fel kell tölteni a mikrokontrollerbe, hogy biztosítsa az áramkör megfelelő felépítését. A gázérzékelő kóddal leírtak szerint ellenőrizze, hogy az alkatrész továbbítja -e a hőmérsékletet és a páratartalmat a soros monitor használatával. Fontos megjegyezni, hogy ez az alapkód két különböző SparkFun komponenskönyvtár használatát is magában foglalja. Annak érdekében, hogy ez a kód összeálljon és feltöltődjön a mikrokontrollerbe, a felhasználónak telepítenie kell ezeket a könyvtárakat a 9. lépésben bemutatott módszerekkel.

10. lépés: Adja hozzá az Arduino komponens könyvtárakat

Az Arduino könyvtárak kódokban történő megvalósítását egy #include parancs használatával lehet azonosítani, amint az a 8. lépés kódjának tetején látható. Ezen könyvtárak felvétele nélkül a kód nem lesz lefordítható vagy feltölthető a mikrokontrollerre. E könyvtárak eléréséhez és telepítéséhez lépjen a vázlat fülre, bontsa ki a Könyvtár beillesztése elemet, és válassza a Könyvtárak kezelése lehetőséget. Írja be a szükséges könyvtár nevét (a #include parancs után megjelenő szöveg), kattintson a kívánt lehetőségre, válasszon egy verziót, majd nyomja meg a telepítést.

11. lépés: Wire Pocket Geiger sugárzásérzékelő - 5. típus

Amint azt korábban említettük, ez az alkatrész külön lesz a gázérzékelőktől. A termék beállításakor a folyamat továbbra is ugyanaz; csatlakoztassa az alkatrészcsapokat a megfelelő kimenetekhez, ahogyan az a fenti érintkezőben látható. Csatlakoztassa a VCC tüskét a mikrovezérlőn található 5 V -os forráshoz, a földelőcsapot pedig a mikrovezérlő földeléséhez, ahogyan azt a gázérzékelőknél tettük. Ezután csatlakoztassa a jel- és zajcsapokat a mikrokontroller 2. és 5. tűjéhez. A feladat befejezése után töltse fel az alapkódot a sugárzás-watch.org webhelyről a Githubon keresztül (https://www.sparkfun.com/products/142090), és ez az alkatrész használatra kész.

12. lépés: Fejlessze ki az integrált érzékelőhuzalozást

Miután minden érzékelőt külön -külön bekötött, hogy megerősítse működőképességét, kezdje el az egyes érzékelőkábelek tömörített formátumú integrálását úgy, hogy az összes fent leírt érzékelő be legyen kötve a kenyértáblára, a fenti ábrák szerint. Tekintse meg a fenti táblázatot, hogy megfelelően csatlakoztatja a szükséges Arduino csapokat a megfelelő alkatrészekhez, hogy az alábbi kódokat ne kelljen megváltoztatni a feltöltés előtt. A sűrített formátum támogatásához használjon közös áram- és földsínt úgy, hogy az egyik kenyérsütő tápegységet 5V -ra, a másikat 3,3V -ra köti. Csatlakoztassa egymáshoz a két földelő sínt, miközben kapcsolatot teremt az Arduino mikrokontroller földelőcsapjával. Ha elkészült, töltse fel a mellékelt kódot, hogy hozzáférjen a táblán összeállított gázérzékelő képességeihez. A mellékelt Arduino kód vezérli a gázérzékelőket, valamint a hőmérséklet- és páratartalom-érzékelőt, és megjeleníti mérési adataikat milliomodrészben a soros monitoron keresztül. Ez biztosítja a mért adatok veszélyességi osztályozását is. A sugárzásérzékelő egy időhöz kötött mérésre (azaz percenkénti számlálásra) támaszkodhat, ezért ajánlatos ezt az alkatrészt a gázérzékelőktől elkülönítve működtetni. E megkülönböztetés alátámasztására a CO, az LPG és a CO2 érzékelők lesznek az egyetlen olyan alkatrészek, amelyeket a mikrokontroller és a Bluetooth modul párosítása során tárgyalnak. Fontos azonban megjegyezni, hogy a következő folyamat követhető, hogy ugyanazt az eredményt érjük el a sugárzásérzékelővel.

13. lépés: Indítsa el a Bluetooth -kapcsolatot a telefon és a modul között

A kívánt érzékelőrendszer összeállítása, kódolása és sűrítése után a következő lépés egy felhasználói eszköz vezeték nélküli csatlakoztatása a rendszerhez. Ez lehetővé teszi az élő érzékelő leolvasását a felhasználó számára a veszélyes zónától távol. Az érzékelőrendszer és a felhasználó eszköze csatlakoztatását megkönnyíti az Arduino BlueSMiRF Bluetooth modul. Ez a modul csatlakozik az „Arduino Bluetooth Data” mobilalkalmazáshoz, amely letölthető a Google Play áruházból. Ez az interfész közvetlenül megjeleníti a gázérzékelőkről, az emberi jelenlétről vagy a sugárzásérzékelőktől kapott értékeket, és akár 300 méter magasságig is elérhető lesz, és figyelmezteti a felhasználót az érzékelői értékek változására, miközben lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy felmérje, hogy a környezeti veszélyeket észlelnek az OSHA és az EPA előírások tekintetében.

A komponenst külön kell bekötni, amint azt az érzékelők is bemutatták, az alkatrészek beállításának inicializálásához és a működőképesség értékeléséhez. A fenti ábrán látható komponensdiagram segítségével az alkatrész 5 V-os tápellátással és egy földelt tüskével lesz bekötve, míg a TX és RX komponens csatlakozói két, a felhasználó által meghatározott digitális tűvel vannak összekötve. Amint az ábrán látható, a TX tüske a második digitális tűhöz volt hozzárendelve, és az RX a harmadik. A feladat befejezése után futtassa az alábbi példakódot a komponens beállításának megkezdéséhez. Ezen a ponton az alkatrész LED -jének lassan villognia kell egy piros árnyalattal. Nyissa meg a soros monitort, és kapcsolja be az ablak alján található beállításokat a „Nincs sorvégződés” és „9600 baud” feliratra a legördülő listákban. Ezután írja be a „$$$” parancsot a parancssorba, és nyomja meg a „Küldés” gombot. Ez elindítja a „Parancs üzemmódot” a komponensben, és a LED gyorsan vörös színnel villog. Ezenkívül a komponens „CMD” üzenetet küld vissza a soros monitornak.

A beállítás folytatása előtt kapcsolja be újra a soros monitor legördülő beállításait, hogy „Newline” és „9600 baud” legyen. A "D" és az "E" parancs küldése a soros monitorra az összetevő beállításainak, beleértve a gyári nevet, megjelenítéséhez. A mobiltelefonnal való párosításhoz nyissa meg a Bluetooth beállításokat, válassza ki a Bluetooth modul nevét (az ECEbluesmirf a megadott példában). A kiválasztás után küldjön egy "I" parancsot a Bluetooth -kompatibilis eszközök keresésére. Az első szám a két eszköz szinkronizálására szolgál, "C, első szám" elküldésével. Ha elkészült, a Bluetooth LED folyamatosan zöldre vált.

14. lépés: Csatlakoztassa a rendszert mobilalkalmazáshoz - Android felhasználók

Ha Androidon szeretne hozzáférni az érzékelő adataihoz, töltse le az "Arduino Bluetooth Data" mobilalkalmazást a Google Play áruházból. Nyissa meg a mobilalkalmazást, és érintse meg a Bluetooth modul nevét a felhasználói felületen a csatlakozáshoz. Amikor a rendszer kéri, válassza ki az alkalmazást fogadóként. Megjelenik az érzékelő adatait megjelenítő felület, és a modul folyamatosan zöld LED -et tartalmaz. A befejezés után töltse fel a mellékelt kódot az érzékelők aktiválásához és a környezeti veszélyekre vonatkozó adatok lekéréséhez. Az érzékelők nevei frissíthetők, hogy illeszkedjenek az alkalmazott érzékelőkhöz, amint azt a fenti képernyőkép eléréséhez befejeztük.

15. lépés: Hozzon létre tartókonzolokat az érzékelőrendszer rögzítéséhez

Az érzékelőrendszer összeszereléséhez két puha acél fogasszíjat és 3M kétoldalas ragasztószalagot kell használni a DJI Phantom 4 drónhoz való rögzítéshez. Az első lépés a puha acél fogasszíjak hajlítása és alakítása a drónhoz. Ehhez a kezdeti heveder teljes hossza 23 hüvelyk. Ebből az állományból vágjon egyenlő pántokat egy asztali fűrész segítségével, csiszoló pengével. Ezután csiszolja le a végeit, hogy eltávolítsa a sorjakat. A folyamat eredményét a fenti ábrák közül az első mutatja. E folyamat során el kívánja kerülni a vágást a nyitott rések mentén, nehogy meggyengítse a heveder végeit.

A következő lépésben meg kell hajlítani a hevedereket, hogy illeszkedjenek a drónhoz. Ajánlatos egy fogót használni az acélok hajlítására és a heveder elhelyezésére a sínek alján. Középre állítsa a hevedereket a drón lábak síneire, és jelölje meg a sínek lábának szélét. Ez szolgál az acélok hajlításának vizuális elemeként. Hajlítsa meg a hevedereket kis lépésekben, amíg körbe nem tekeredik a korlátokon, megakadályozva a csúszást.

16. lépés: Szerelje össze a rendszert a drónhoz

Az érzékelőrendszer összeszerelésére példát mutatunk be puha acél fogasszíjak és ragasztószalag használatával. Amint azt korábban tárgyaltuk, a puha acél fogasszíjat meghajlították és a drón aljára helyezték, hogy platformot hozzanak létre az alkatrészek számára. Miután ez befejeződött, rögzítse az alkatrészeket a hevederekhez a ragasztóval, hogy biztonságban legyenek, de ne zavarják a drón normál működését. A bőséges hely biztosítása érdekében a példában két függesztő pántot használnak, amelyek külső akkumulátort, mikrokontrollert és kenyérlapot támogatnak. Ezenkívül az érzékelőket a drón hátsó része felé helyezik el.

17. lépés: A rendszer használata a kockázatok értékeléséhez

A rendszer által bemutatott veszélyességi szintek súlyosságának meghatározásához az alábbi szabványokra kell hivatkozni. A zöld jelzi a biztonságos környezetet minden érdeklődő számára, míg a lila a lehető legrosszabb környezeti koncentrációt jelzi, ami halálos következményekhez vezet. Az alkalmazott színrendszer az EPA Air Quality Flag Programjából származik.

Szén -monoxid (OSHA)

• 0-50 PPM (zöld)
• 50-100 PPM (sárga)
• 100-150 PPM (narancssárga)
• 150-200 PPM (piros)
• > 200 PPM (lila)

Folyékony propángáz (NCBI)

• 0-10 000 PPM (zöld)
• 10 000–17 000 PPM (sárga)
• > 17 000 PPM (piros)

Szén -dioxid (Global CCS Institute)

• 0–20, 00 PPM (zöld)
• 20 000–50 000 PPM (sárga)
• 50 000-100 000 PPM (narancssárga)
• 100 000-150 000 PPM (piros)
• > 150 000 PPM (lila)

18. lépés: Használja a rendszert a mért adatok gyűjtéséhez

Most, hogy a végső összeszerelés befejeződött, a rendszer üzemkész. Mivel a kód, amely ahhoz szükséges, hogy a mikrokontroller működtesse az érzékelőrendszert, már feltöltődött, a mikrokontroller csatlakoztatható a mobil akkumulátorhoz adatátvitelhez, számítógép helyett. A rendszer most készen áll a környezeti veszélyértékelési alkalmazásokban való használatra!