Kanalizācijas šūpošanās: 3 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Pašreizējais kanalizācijas cauruļu tīrīšanas process ir reaktīvs, nevis proaktīvs. Tālruņa zvani tiek reģistrēti, ja kādā reģionā ir aizsērējusi kanalizācijas līnija. Turklāt manuālajiem tīrītājiem ir grūti kļūdīties līdz nullei. Viņi izmanto hit-and-trial metodi, lai veiktu tīrīšanu vairākās akās skartajā zonā, tērējot daudz laika. Turklāt augsta toksisko gāzu koncentrācija izraisa aizkaitināmību, galvassāpes, nogurumu, sinusa infekcijas, bronhītu, pneimoniju, apetītes zudumu, sliktu atmiņu un reiboni.

Risinājums ir izstrādāt prototipu, kas ir neliela ierīce ar pildspalvas formas koeficientu, kas iestrādāta uz lūkas vāka. Ierīces apakšējā daļa, kas ir pakļauta lūkas iekšpusei, kamēr vāks ir aizvērts - sastāv no sensoriem, kas nosaka ūdens līmeni kanalizācijā un gāzu koncentrāciju, kas ietver metānu, oglekļa monoksīdu, oglekļa dioksīdu un slāpekļa oksīdus. Dati tiek apkopoti galvenajā stacijā, kas sazinās ar šīm ierīcēm, kas uzstādītas katrā lūkā, izmantojot LoRaWAN, un nosūta datus uz mākoņa serveri, kurā atrodas informācijas panelis uzraudzības nolūkos. Turklāt tas novērš plaisu starp pašvaldības iestādēm, kas atbildīgas par kanalizācijas uzturēšanu un atkritumu savākšanu. Šo ierīču uzstādīšana visā pilsētā ļaus preventīvam risinājumam noteikt un precīzi noteikt aizsērējušās kanalizācijas līnijas atrašanās vietu, pirms notekūdeņi sasniedz virsmu.

Piegādes

1. Ultraskaņas sensors - HC -SR04

2. Gāzes sensors - MQ -4

3. LoRa vārteja - Raspberry pi 3

4. LoRa modulis - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Signāla modulis

7. 500mAh, 3,7V litija jonu akumulators

1. darbība:

Pirmajam prototipam kā iežogojumu izmantoju tic-tac (svaigu piparmētru kasti). Ultraskaņas sensoru piestiprināšana tika veikta tā, lai Tx un Rx būtu vērsti uz kanalizācijas plūsmu. Savienojumi ar ultraskaņas sensoru un gāzes sensoru ir ļoti vienkārši. Vienkārši jāpadara barošana atsevišķiem sensoriem un datu lasīšanai jāizmanto jebkura no 8 digitālajām tapām, kas pieejamas NodeMCU. Es esmu izveidojis sakarus, lai labāk izprastu.

2. darbība. Iepazīstieties ar SEMTECH SX1272

Mūsu nākamais solis būtu bibliotēku instalēšana mūsu NodeMCU.

Semtech LoRa moduļa bibliotēkas varat atrast šajā saitē:

Lai instalētu šo bibliotēku:

• Instalējiet to, izmantojot Arduino bibliotēkas pārvaldnieku ("Skice" -> "Iekļaut bibliotēku" -> "Pārvaldīt bibliotēkas …") vai
• Lejupielādējiet ZIP failu no github, izmantojot pogu "Lejupielādēt ZIP", un instalējiet to, izmantojot IDE ("Skice" -> "Iekļaut bibliotēku" -> "Pievienot. ZIP bibliotēku …"
• Klonējiet šo git krātuvi savā skiču/bibliotēku mapē.

Lai šī bibliotēka darbotos, jūsu Arduino (vai jebkura cita ar Arduino saderīgā plate, kuru izmantojat) ir jāpievieno raiduztvērējam. Precīzie savienojumi ir nedaudz atkarīgi no izmantotā raiduztvērēja plates un Arduino, tāpēc šajā sadaļā mēģināts izskaidrot, kam paredzēts katrs savienojums un kādos gadījumos tas ir (nav) nepieciešams.

Ņemiet vērā, ka SX1272 modulis darbojas ar 3,3 V spriegumu un, iespējams, nepatīk 5V uz tā tapām (lai gan datu lapa par to neko nesaka, un mans raiduztvērējs acīmredzami nesalūza pēc nejaušas 5 V I/O izmantošanas dažas stundas). Lai būtu drošībā, noteikti izmantojiet līmeņa pārslēdzēju vai Arduino, kas darbojas ar 3,3 V. Semtech novērtēšanas padomē ir 100 omu rezistori virknē ar visām datu līnijām, kas varētu novērst bojājumus, taču es ar to nerēķinātos.

SX127x raiduztvērējiem ir nepieciešams barošanas spriegums no 1,8 V līdz 3,9 V. Tipiska ir 3.3V barošanas avota izmantošana. Dažiem moduļiem ir viena kontaktdakša (piemēram, HopeRF moduļiem, kas apzīmēti ar 3.3 V), bet citi atklāj vairākas strāvas tapas dažādām detaļām (piemēram, Semtech novērtēšanas dēlis, kuram ir VDD_RF, VDD_ANA un VDD_FEM), un tos visus var savienot kopā. Jebkuras GND tapas ir jāpievieno Arduino GND tapai (-ām).

Galvenais veids, kā sazināties ar uztvērēju, ir SPI (Serial Peripheral Interface). Tam tiek izmantotas četras tapas: MOSI, MISO, SCK un SS. Iepriekšējiem trim jābūt tieši saistītiem: tātad MOSI ar MOSI, MISO uz MISO, SCK uz SCK. Ja šīs tapas atrodas jūsu Arduino, atšķiras, piemēram, skatiet Arduino SPI dokumentācijas sadaļu "Savienojumi". SS (slave select) savienojums ir nedaudz elastīgāks. SPI vergu pusē (raiduztvērējs) tam jābūt savienotam ar tapu (parasti) ar apzīmējumu NSS. SPI galvenā (Arduino) pusē šo tapu var savienot ar jebkuru I/O tapu. Lielākajai daļai Arduinos ir arī tapa ar uzrakstu "SS", taču tas attiecas tikai uz gadījumiem, kad Arduino darbojas kā SPI vergs, kas šajā gadījumā tā nav. Neatkarīgi no izvēlētās tapas jums ir jāpasaka bibliotēkai, kādu tapu izmantojāt, izmantojot tapas kartēšanu (sk. Tālāk).

Raidītāja un uztvērēja plates DIO (digitālās I/O) tapas var konfigurēt dažādām funkcijām. LMIC bibliotēka tos izmanto, lai no raiduztvērēja iegūtu tūlītēju statusa informāciju. Piemēram, kad sākas LoRa pārraide, DIO0 tapa tiek konfigurēta kā TxDone izeja. Kad pārraide ir pabeigta, raiduztvērējs padara DIO0 tapu augstu, ko var noteikt LMIC bibliotēka. LMIC bibliotēkai ir nepieciešama tikai piekļuve DIO0, DIO1 un DIO2, pārējās DIOx tapas var atstāt atvienotas. Arduino pusē viņi var izveidot savienojumu ar jebkuru I/O tapu, jo pašreizējā ieviešanā netiek izmantoti pārtraukumi vai citas īpašas aparatūras funkcijas (lai gan šī funkcija var tikt pievienota, skatiet arī sadaļu "Laiks").

LoRa režīmā DIO tapas tiek izmantotas šādi:

• DIO0: TxDone un RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

FSK režīmā tos izmanto šādi:

• DIO0: PayloadReady un PacketSent
• DIO2: taimauts

Abiem režīmiem ir vajadzīgas tikai 2 tapas, bet transfers neļauj tos kartēt tā, lai visi nepieciešamie pārtraukumi kartētu tos pašus 2 tapas. Tātad, ja tiek izmantoti gan LoRa, gan FSK režīmi, visām trim tapām jābūt savienotām. Arduino pusē izmantotās tapas ir jākonfigurē skices tapas kartēšanā (skatīt zemāk). Atiestatīt Raiduztvērējam ir atiestatīšanas tapa, ko var izmantot, lai to skaidri atiestatītu. LMIC bibliotēka to izmanto, lai nodrošinātu, ka startēšanas laikā mikroshēma ir konsekventā stāvoklī. Praksē šo tapu var atstāt atvienotu, jo raiduztvērējs pēc ieslēgšanas jau būs normālā stāvoklī, taču tā pievienošana dažos gadījumos var novērst problēmas. Arduino pusē var izmantot jebkuru I/O tapu. Izmantotais tapas numurs ir jākonfigurē tapas kartēšanā (skatīt zemāk).

Uztvērējā ir divi atsevišķi antenas savienojumi: viens RX un otrs TX. Tipiskā raiduztvērēja plate satur antenas slēdža mikroshēmu, kas ļauj pārslēgt vienu antenu starp šiem RX un TX savienojumiem. Šādam antenas pārslēdzējam parasti var pateikt, kādā pozīcijā tam vajadzētu būt, izmantojot ievades tapu, kas bieži tiek apzīmēta ar RXTX. Vienkāršākais veids, kā kontrolēt antenas slēdzi, ir izmantot SX127x raiduztvērēja RXTX tapu. Šī tapa ir automātiski iestatīta augsta TX laikā un zema RX laikā. Piemēram, šķiet, ka HopeRF dēļiem ir šis savienojums, tāpēc tie neatklāj RXTX tapas un tapu kartēšanā var atzīmēt kā neizmantotu. Daži dēļi atklāj antenas slēdža tapu un dažreiz arī SX127x RXTX tapu. Piemēram, SX1272 novērtēšanas padome izsauc bijušo FEM_CTX un otro RXTX. Atkal vienkāršākais risinājums ir savienot tos kopā ar džemperi. Alternatīvi vai, ja SX127x RXTX tapa nav pieejama, LMIC var konfigurēt, lai vadītu antenas slēdzi. Pievienojiet antenas slēdža vadības tapu (piem., FEM_CTX Semtech novērtēšanas panelī) ar jebkuru I/O tapu Arduino pusē un konfigurējiet tapu kartē izmantoto tapu (skat. Zemāk). Tomēr nav pilnīgi skaidrs, kāpēc nevēlaties, lai raiduztvērējs tieši kontrolētu antenu.

3. darbība. Korpusa 3D drukāšana

Kad viss bija gatavs, es nolēmu 3D drukāt moduļa korpusu, lai iegūtu labāku izskatu.

Izmantojot galaproduktu, uzstādīšana cilvēka caurumā un rezultātu iegūšana reāllaikā uz paneļa bija vienkārša. Reālā laika gāzes koncentrācijas vērtības ar ūdens līmeņa indikāciju ļāva varas iestādēm proaktīvu pieeju un drošāku problēmas risināšanas veidu.