Vides sensoru sistēmas stiprinājums UAV: 18 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šīs pamācības mērķis ir aprakstīt, kā konstruēt, piestiprināt un lietot Integrated Solutions Technology vides sensoru sistēmu kopā ar DJI Phantom 4 dronu. Šajos sensoru komplektos drons tiek izmantots, lai nogādātu potenciāli bīstamā vidē, lai noteiktu pašreizējos oglekļa monoksīda (CO), oglekļa dioksīda (CO2) un šķidrā propāna gāzes (LPG) riska līmeņus, salīdzinot ar OSHA un EPA standartiem. Ir svarīgi atzīmēt, ka, lai gan šajā instrukcijā ir parādīts arī radiācijas sensors, tas darbosies kā atsevišķa vienība gāzes sensoriem, un parādītajā galaproduktā tiks iekļautas tikai iepriekš uzskaitītās gāzes sensora sastāvdaļas.

1. darbība: apkopojiet nepieciešamos rīkus, programmatūru un materiālus

Izmantotie rīki:

1. Arduino programmatūra (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
2. Knaibles
3. Galda zāģis ar abrazīvo asmeni
4. Galda dzirnaviņas

Izmantotie materiāli:

1. DJI Phantom 4
2. Arduino Uno
3. Jackery ārējais akumulators 3350mAh
4. Standarta maizes dēlis
5. Oglekļa monoksīda sensors - MQ - 7
6. Šķidrā propāna gāzes sensors - MQ - 6
7. Oglekļa dioksīda CO2 sensors - MG - 811
8. AK9750 Si7021 mitruma un temperatūras sensors
9. Kabatas Geigera radiācijas sensors - 5. tips
10. Bluetooth modems - BlueSMiRF Gold
11. Mīkstas tērauda pakaramās siksnas
12. SparkFun izgudrotāju komplekts
13. 3M divpusēja montāžas lente

2. darbība: samontējiet sensora un mikrokontrollera vadus

Piekļūstiet visām produkta ražotāja sensoru datu lapām, lai noteiktu ieejas un izejas tapas, kas nepieciešamas pareizai komponentu darbībai. Lai izveidotu efektīvu orientāciju visām sastāvdaļām, kas iekļautas gāzes un starojuma iepakojumā, katram sensoram un modulim jābūt savienotam ar vadu atsevišķi, lai nodrošinātu, ka tas darbojas, kad tas ir pievienots mikrokontrolleram, pirms to integrē vienā maizes plāksnē. Lai nodrošinātu skaidrību, katra veida bāzes shēmas un koda izveides process ir ietverts šādās darbībās.

3. solis: nosakiet oglekļa monoksīda MQ -7 sensora ieejas un izejas tapas

Kā parādīts iepriekš redzamajā diagrammā, CO komponentam labajā sliedē jābūt trim ieejas sprieguma tapām, kas ir savienotas ar 5 V mikrokontrollera barošanas avotu. Analogās ieejas tapa tiks savienota ar jebkuru no mikrokontrollera tapām, kas apzīmēta ar A0, A1, A2 utt., Savukārt zemējuma tapas ir pievienotas mikrokontrollera zemējuma tapām. Visbeidzot, 10K omu rezistors tiek izmantots, lai savienotu apakšējo kreiso sensora tapu ar zemi. Ir svarīgi atzīmēt, ka šī pieslēgvieta ir piemērojama CO2 un LPG sensoriem, kas tiek izmantoti arī šajā sistēmā.

4. solis: Savienojiet sensoru saskaņā ar Pinout ar mikrokontrollera ieejas un izejas tapām

Kā apspriests iepriekšējos posmos, viena tapa ir norādīta kā analogā ievades tapa mikrokontrolleram. Bāzes kodā, kas parādīts iepriekš un ir pieejams lejupielādei nākamajā darbībā, definētā analogā tapa ir pin A0. Saskaņā ar šo apzīmējumu pievienojiet augšējo kreiso tapu pie mikrokontrollera A0 tapas. Pēc tam var izveidot kopēju 5V ieeju un zemējuma sliedi, savienojot kreisāko maizes dēļa barošanas sliedi (apzīmēta ar simbolu "-") zemējuma tapai un labāko sliedi ("+") ar 5V tapu. Šādā veidā savienojot maizes dēli, sensora tapas var pieslēgt tieši pie maizes dēļa sliedēm, ļaujot izveidot tīrus savienojumus ar mikrokontrolleri. Šī struktūra ir parādīta iepriekš redzamās bāzes shēmas attēlos.

5. darbība: lejupielādējiet gāzes sensora bāzes kodu

Kad esat izveidojis savienojumu, augšupielādējiet Arduino bāzes kodu, kas iegūts no SparkFun produkta lapas (https://www.sparkfun.com/products/9403; pievienots), nospiežot bultiņu, kas atrodas saskarnes augšējā kreisajā stūrī, lai pārbaudītu, vai komponents ir pievienots saskaņā ar pinout.

6. darbība: atveriet seriālo monitoru, lai nodrošinātu darbību

Atveriet seriālo monitoru, saskarnes augšējā labajā stūrī atlasot palielināmā stikla ikonu. Tiks atvērts iepriekš parādīts atsevišķs logs, kurā tiks parādīta sensora izeja, sākotnēji sprieguma rādījums. Ja dati netiek parādīti sērijveida monitorā, kā norādīts, pārbaudiet, vai funkcija analogRead atsaucas uz pareizo šī procesa iepriekšējos posmos pieslēgto analogās tapas skaitu.

7. solis: atkārtojiet 3. – 6. Darbību LPG un oglekļa dioksīda gāzes sensoriem

Atkārtojiet tapu, sensoru vadu un koda augšupielādes definīciju, lai nodrošinātu papildu sensoru darbību.

8. darbība: Wire SparkFun Si7021 mitruma un temperatūras sensors (pēc izvēles)

Tas pats vispārējais process, kas aprakstīts gāzes sensoriem, tiks ieviests temperatūras un mitruma sensoram. Tomēr pinout atšķiras no gāzes sensoriem un tiek parādīts iepriekš. VCC tapa (otrā no labās puses uz sensora) tiks savienota ar 5 vai 3,3 V mikrokontrollera barošanas avotu, un zemējuma tapa tiks pievienota mikrokontrollera zemei, kā redzams gāzes sensora vadā. Analoga izejas tapas vietā šis sensors satur SDA un SCL izejas tapas, kas ir atbildīgas par datu pārraidi no sensora uz mikrokontrolleri apstrādei. Šo sensoru var izmantot, lai pārbaudītu gāzes sensora mērījumu precizitāti salīdzinājumā ar to datu lapas vērtībām.

9. darbība: lejupielādējiet Si7021 mitruma un temperatūras sensora SparkFun bāzes kodu

Pabeidzot elektroinstalāciju, pievienotais parauga kods (pielāgots no vietnes https://www.sparkfun.com/products/13763) jāaugšupielādē mikrokontrollerī, lai nodrošinātu pareizu ķēdes uzbūvi. Kā aprakstīts gāzes sensora kodā, pārbaudiet, vai detaļa pārraida temperatūru un mitrumu, piekļūstot seriālajam monitoram. Ir svarīgi atzīmēt, ka šis bāzes kods ietver divu dažādu SparkFun komponentu bibliotēku izmantošanu. Lai šo kodu varētu apkopot un augšupielādēt mikrokontrollerī, lietotājam būs jāinstalē šīs bibliotēkas, izmantojot 9. darbībā norādītās metodes.

10. darbība: pievienojiet komponentu Arduino bibliotēkas

Arduino bibliotēku ieviešana kodos tiek identificēta, izmantojot komandu #include, kas redzama 8. darbības koda augšdaļā. Neiekļaujot šīs bibliotēkas, kodu nevarēs apkopot vai augšupielādēt mikrokontrollerī. Lai piekļūtu šīm bibliotēkām un tās instalētu, dodieties uz skices cilni, izvērsiet Iekļaut bibliotēku un atlasiet Pārvaldīt bibliotēkas. Ierakstiet vajadzīgās bibliotēkas nosaukumu (teksts, kas parādās pēc komandas #include), noklikšķiniet uz vēlamās opcijas, atlasiet versiju un nospiediet instalēt.

11. solis: stiepļu kabatas Geigera starojuma sensors - 5. tips

Kā minēts iepriekš, šī sastāvdaļa tiks iekļauta atsevišķi no gāzes sensoriem. Iestatot šo produktu, process joprojām ir tāds pats; pievienojiet komponentu tapas to attiecīgajām izejām, kā parādīts iepriekšējā kontaktligzdā. Pievienojiet VCC tapu 5 V avotam, kas atrodas uz mikrokontrollera, un zemējuma tapu pie mikrokontrollera zemes, kā tas tika darīts ar gāzes sensoriem. Pēc tam pievienojiet signāla un trokšņa tapas attiecīgi mikrokontrollera 2. un 5. tapai. Pabeidzot šo uzdevumu, augšupielādējiet bāzes kodu, kas pielāgots no radiācijas skatīšanas.org, izmantojot Github (https://www.sparkfun.com/products/142090), un šī sastāvdaļa ir gatava darbam.

12. solis: izveidojiet integrēto sensoru vadu

Pēc katra sensora individuālas pievienošanas, lai apstiprinātu tā darbību, sāciet integrēt katru sensora vadu saīsinātā formātā, lai visi iepriekš aprakstītie sensori būtu pieslēgti pie maizes dēļa, kā parādīts iepriekš attēlos. Skatiet iepriekš minēto tabulu, lai pareizi pievienotu nepieciešamās Arduino tapas to attiecīgajām sastāvdaļām, lai zemāk esošie kodi nebūtu jāmaina pirms augšupielādes. Lai atbalstītu saīsinātu formātu, izmantojiet kopēju strāvas un zemes sliedi, vienu maizes dēļa barošanas sliedi pievienojot kā 5V un otru kā 3.3V. Savienojiet abas zemes sliedes kopā, vienlaikus nodrošinot savienojumu ar Arduino mikrokontrollera zemējuma tapu. Kad esat pabeidzis, augšupielādējiet pievienoto kodu, lai piekļūtu uz tāfeles apkopotajām gāzes sensora iespējām. Pievienotais Arduino kods kontrolēs gāzes sensorus, kā arī temperatūras un mitruma sensoru un parādīs to mērījumu datus daļās uz miljonu, izmantojot sērijas monitoru. Tas arī nodrošinās izmērīto datu bīstamības līmeņa klasifikāciju. Radiācijas sensoru var paļauties uz laika ierobežojumu (ti, skaitīšanu minūtē), tāpēc ieteicams šo komponentu darbināt atsevišķi no gāzes sensoriem. Lai atbalstītu šo atšķirību, CO, LPG un CO2 sensori būs vienīgās sastāvdaļas, kas tiek apspriestas, kad mikrokontrolleris ir savienots pārī ar Bluetooth moduli. Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka, lai sasniegtu tādu pašu rezultātu ar starojuma sensoru, var veikt šādu procesu.

13. darbība: izveidojiet Bluetooth savienojumu starp tālruni un moduli

Kad vajadzīgā sensoru sistēma ir samontēta, kodēta un kondensēta, nākamais solis ir bezvadu savienojums ar lietotāja ierīci sistēmai. Tas ļaus lietotājam nosūtīt tiešraides rādījumus no attāluma, kas ir noņemts no bīstamās zonas. Sensora sistēmas un lietotāja ierīces savienošana tiks atvieglota ar Arduino BlueSMiRF Bluetooth moduli. Šis modulis tiks savienots ar mobilo lietotni “Arduino Bluetooth Data”, kuru var lejupielādēt no Google Play veikala. Šī saskarne tieši parādīs rādījumus, kas iegūti no gāzes sensoriem, cilvēka klātbūtnes vai radiācijas sensoriem, un būs pieejama līdz 350 pēdām, un brīdinās lietotāju par izmaiņām sensoru rādījumos, vienlaikus ļaujot lietotājam novērtēt, vai vides apdraudējumi tiek atklāti saskaņā ar OSHA un EPA noteikumiem.

Komponents ir jāinstalē atsevišķi, kā tika parādīts ar sensoriem, lai inicializētu komponenta iestatīšanu un novērtētu tā darbību. Izmantojot komponenta diagrammu, kas parādīta iepriekš attēlā, sastāvdaļa tiks savienota ar 5 V barošanas ieeju un zemējuma tapu, bet TX un RX komponentu tapas tiks savienotas ar divām lietotāja definētām digitālajām tapām. Kā parādīts attēlā, TX tapa tika piešķirta otrajai digitālajai tapai, un RX tika definēta kā trešā. Pabeidzot šo uzdevumu, palaidiet tālāk redzamo koda paraugu, lai sāktu komponenta iestatīšanu. Šajā brīdī komponenta gaismas diodei vajadzētu lēnām mirgot ar sarkanu nokrāsu. Piekļūstiet seriālajam monitoram un loga apakšdaļā pārslēdziet opcijas, lai nolaižamajos lodziņos lasītu “Bez rindas beigām” un “9600 baudas”. Pēc tam komandu lodziņā ierakstiet “$$$” un nospiediet “Sūtīt”. Tas komponentā sāks “komandu režīmu” un izraisīs gaismas diodes strauju mirgošanu sarkanā krāsā. Turklāt komponents nosūtīs “CMD” ziņojumu atpakaļ uz seriālo monitoru.

Pirms turpināt iestatīšanu, pārslēdziet seriālā monitora nolaižamos iestatījumus, lai izlasītu “Newline” un “9600 baud”. Sūtiet komandas "D" un "E" uz sērijas monitoru, lai parādītu komponenta iestatījumus, ieskaitot rūpnīcas nosaukumu. Lai izveidotu savienojumu pārī ar mobilo tālruni, atveriet Bluetooth iestatījumus, izvēlieties Bluetooth moduļa nosaukumu (ECEbluesmirf sniegtajam piemēram). Pēc šīs izvēles nosūtiet komandu "I", lai meklētu ierīces, kurās ir iespējota Bluetooth funkcija. Pirmais numurs tiks izmantots abu ierīču sinhronizēšanai, nosūtot “C, pirmais numurs”. Kad tas būs pabeigts, Bluetooth LED iedegsies zaļā krāsā.

14. darbība. Savienojiet sistēmu ar mobilo lietojumprogrammu - Android lietotāji

Lai piekļūtu sensoru datiem Android ierīcē, lejupielādējiet mobilo lietotni "Arduino Bluetooth Data" no Google Play veikala. Atveriet mobilo lietojumprogrammu un pieskarieties Bluetooth moduļa nosaukumam lietotāja saskarnē, lai izveidotu savienojumu. Kad tiek prasīts, izvēlieties programmu kā uztvērēju. Tiks parādīts interfeiss, kas parāda sensoru datus, un modulī būs nepārtraukti zaļa gaismas diode. Kad esat pabeidzis, augšupielādējiet pievienoto kodu, lai aktivizētu sensorus un izgūtu datus par bīstamību videi. Sensoru nosaukumus var atjaunināt, lai tie atbilstu izmantotajiem sensoriem, kā tas tika pabeigts, lai sasniegtu iepriekš redzamo ekrānuzņēmumu.

15. darbība: izveidojiet atbalsta kronšteinus sensoru sistēmas pievienošanai

Lai saliktu sensoru sistēmu, ir jāizmanto divas mīkstas tērauda pakaramās siksnas un 3M divpusēja līmējoša stiprinājuma lente, lai to piestiprinātu pie DJI Phantom 4 drona. Pirmais solis ir saliekt un veidot drona mīkstās tērauda pakaramās siksnas. Tam nepieciešams sākotnējais siksnas kopējais garums 23 collas. No šī materiāla sagrieziet vienādas siksnas, izmantojot galda zāģi ar abrazīvu asmeni. Pēc tam sasmalciniet galus, lai noņemtu nelīdzenumus. Procesa rezultāts ir parādīts pirmajā no attēliem, kas parādīti iepriekš. Šī procesa laikā vēlaties izvairīties no griešanas pa atvērtajām spraugām, lai nesabojātu siksnas galus.

Nākamajā solī būs nepieciešams saliekt siksnas, lai tās ietilptu dronā. Ieteicams izmantot knaibles, lai saliektu tēraudus un novietotu siksnu sliežu apakšā. Centrējiet siksnas uz drona kāju sliedēm un atzīmējiet sliedes kāju malu. Tas kalpos par tēlu, kur saliekt tēlus. Salieciet siksnas ar nelielu soli, līdz tās aptin margas, novēršot slīdēšanu.

16. darbība: samontējiet sistēmu dronam

Sensoru sistēmas salikšanas piemērs tiks parādīts, izmantojot mīkstas tērauda pakaramās siksnas un līmlenti. Kā jau iepriekš tika apspriests, mīkstās tērauda pakaramās siksnas tika saliektas un novietotas drona apakšā, lai izveidotu platformu, uz kuras sēdēt. Kad tas ir pabeigts, piestipriniet komponentus pie siksnām ar līmi, lai tie būtu droši, bet netraucētu normālai drona darbībai. Lai nodrošinātu pietiekami daudz vietas, piemērā tiek izmantotas divas pakaramās siksnas, kas atbalsta ārēju akumulatoru, mikrokontrolleru un maizes dēli. Turklāt sensori ir novietoti drona aizmugurē.

17. darbība. Šīs sistēmas izmantošana, lai novērtētu bīstamības risku

Lai noteiktu šīs sistēmas radīto bīstamības līmeņu nopietnību, jāatsaucas uz šādiem standartiem. Zaļā krāsa norāda uz drošu vidi visiem interesējošajā apgabalā esošajiem, turpretī purpursarkana norāda uz sliktāko iespējamo koncentrāciju vidē, izraisot nāvējošu ietekmi. Izmantotā krāsu sistēma ir iegūta no EPA gaisa kvalitātes karoga programmas.

Oglekļa monoksīds (OSHA)

• 0–50 PPM (zaļš)
• 50–100 PPM (dzeltens)
• 100-150 PPM (oranža)
• 150-200 PPM (sarkans)
• > 200 PPM (violets)

Šķidrā propāna gāze (NCBI)

• 0–10 000 PPM (zaļš)
• 10 000–17 000 PPM (dzeltens)
• > 17 000 PPM (sarkans)

Oglekļa dioksīds (Pasaules CCS institūts)

• 0–20, 00 PPM (zaļš)
• 20 000–50 000 PPM (dzeltens)
• 50 000–100 000 PPM (oranža)
• 100 000–150 000 PPM (sarkans)
• > 150 000 PPM (violets)

18. darbība: izmantojiet sistēmu, lai apkopotu izmērītos datus

Tagad, kad ir pabeigta galīgā montāža, sistēma ir gatava darbam. Tā kā kods, kas nepieciešams, lai ļautu mikrokontrolleram darbināt sensoru sistēmu, jau ir augšupielādēts, mikrokontrolleru var savienot ar mobilo akumulatoru, lai pārsūtītu datus, nomainot datoru. Sistēma tagad ir gatava lietošanai vides apdraudējuma novērtēšanas lietojumprogrammās!