Канализация: 3 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Настоящият процес на почистване на канализационната линия е по -скоро реактивен, отколкото проактивен. Телефонните обаждания се регистрират в случай на запушена канализационна линия в даден район. Освен това е трудно за ръчните чистачи да се нулират в точката на грешка. Те използват метода на изпитване, за да извършат процеса на почистване в множество шахти в засегнатата област, губейки много време. Освен това високата концентрация на токсичните газове води до раздразнителност, главоболие, умора, инфекции на синусите, бронхит, пневмония, загуба на апетит, лоша памет и замаяност.

Решението е да се проектира прототип, който е малко устройство - с форм -фактор на химикалка - вградено в капака на шахтата. Долната част на устройството, която е изложена от вътрешната страна на шахтата, докато капакът е затворен - се състои от сензори, които откриват нивото на водата в канализацията и концентрацията на газове, които включват метан, въглероден окис, въглероден диоксид и азотни оксиди. Данните се събират до главна станция, която комуникира с тези устройства, инсталирани на всеки шахти през LoRaWAN, и изпраща данните до облачен сървър, който хоства табло за мониторинг. Освен това това преодолява пропастта между общинските власти, отговорни за поддръжката на канализацията и сметосъбирането. Инсталирането на тези устройства в целия град ще позволи превантивно решение за идентифициране и определяне на местоположението на запушена канализационна линия преди отпадъчните води да достигнат повърхността.

Консумативи

1. Ултразвуков сензор - HC -SR04

2. Газов сензор - MQ -4

3. LoRa шлюз - Raspberry pi 3

4. LoRa модул - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Модул на зумера

7. 500mAh, 3.7V литиево-йонна батерия

Етап 1:

За първия прототип използвах тик-так (кутия с пресни мента) като кутия. Закрепването на ултразвукови сензори беше направено по такъв начин, че да насочи Tx и Rx към канализационния поток. Връзките с ултразвуковия сензор и сензора за газ са много лесни. Просто трябва да захранвате отделните сензори и да използвате някой от 8 -те цифрови пина, налични в NodeMCU, за четене на данни. Начертах връзките за по -добро разбиране.

Стъпка 2: Запознаване със SEMTECH SX1272

Следващата ни стъпка би била да инсталираме библиотеките на нашия NodeMCU.

Можете да намерите библиотеките към модула Semtech LoRa на тази връзка:

За да инсталирате тази библиотека:

• Инсталирайте го с помощта на мениджъра на Arduino Library („Sketch“-> „Include Library“-> „Manage Libraries …“), или
• Изтеглете zip файл от github с помощта на бутона „Изтегляне на ZIP“и го инсталирайте с помощта на IDE („Sketch“-> „Include Library“-> „Add. ZIP Library…“
• Клонирайте това git хранилище във вашата папка за скици/библиотеки.

За да работи тази библиотека, вашият Arduino (или каквато и да е съвместима с Arduino платка, която използвате) трябва да бъде свързана към трансивъра. Точните връзки са малко зависими от използваната приемо -предавателна платка и Arduino, така че този раздел се опитва да обясни за какво е предназначена всяка връзка и в какви случаи (не) е необходима.

Обърнете внимание, че модулът SX1272 работи на 3.3V и вероятно не харесва 5V на своите щифтове (въпреки че в листа с данни не се казва нищо за това, а трансивърът ми очевидно не се счупи след случайно използване на 5V I/O за няколко часа). За да сте в безопасност, не забравяйте да използвате превключвател на ниво или Arduino, работещ на 3.3V. Оценителната платка Semtech има 100 ома резистори последователно с всички линии за данни, които биха могли да предотвратят повреда, но аз не бих разчитал на това.

Приемо -предавателите SX127x се нуждаят от захранващо напрежение между 1.8V и 3.9V. Типично е използването на 3.3V захранване. Някои модули имат един захранващ щифт (като модулите HopeRF, обозначени с 3.3V), но други излагат множество захранващи щифтове за различни части (като оценителната платка Semtech, която има VDD_RF, VDD_ANA и VDD_FEM), които могат да бъдат свързани заедно. Всички GND щифтове трябва да бъдат свързани към щифта (ите) на Arduino GND.

Основният начин за комуникация с трансивъра е чрез SPI (Serial Peripheral Interface). Това използва четири пина: MOSI, MISO, SCK и SS. Първите три трябва да бъдат директно свързани: така MOSI към MOSI, MISO към MISO, SCK към SCK. Където тези щифтове се намират на вашия Arduino варира, вижте например раздела „Връзки“в документацията на Arduino SPI. Връзката SS (подбор на подчинен) е малко по -гъвкава. От подчинената страна на SPI (приемо -предавателя), това трябва да бъде свързано към щифта (обикновено) с етикет NSS. От страна на SPI master (Arduino) този щифт може да се свърже с всеки I/O пин. Повечето Arduinos също имат щифт с надпис „SS“, но това е от значение само когато Arduino работи като SPI подчинен, което не е така в случая. Какъвто и пин да изберете, трябва да кажете на библиотеката кой щифт сте използвали чрез картографирането на щифтове (вижте по -долу).

DIO (цифровите входно/изходни) щифтове на приемо -предавателната платка могат да бъдат конфигурирани за различни функции. Библиотеката LMIC ги използва, за да получи незабавна информация за състоянието от трансивъра. Например, когато стартира предаване на LoRa, изводът DIO0 се конфигурира като TxDone изход. Когато предаването приключи, DIO0 щифтът се прави високо от трансивъра, който може да бъде открит от библиотеката LMIC. Библиотеката LMIC се нуждае само от достъп до DIO0, DIO1 и DIO2, а останалите пинове DIOx могат да бъдат оставени изключени. От страна на Arduino, те могат да се свързват с всеки I/O пин, тъй като текущата реализация не използва прекъсвания или други специални хардуерни функции (въпреки че това може да бъде добавено във функцията, вижте също раздела "Време").

В режим LoRa DIO щифтовете се използват, както следва:

• DIO0: TxDone и RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Режим FSK те се използват както следва:

• DIO0: PayloadReady и PacketSent
• DIO2: TimeOut

И двата режима се нуждаят само от 2 пина, но трансивърът не позволява картографирането им по такъв начин, че всички необходими прекъсвания да се съпоставят със същите 2 пина. Така че, ако се използват и двата режима LoRa и FSK, трите пина трябва да бъдат свързани. Пиновете, използвани от страната на Arduino, трябва да бъдат конфигурирани в картографирането на щифтовете във вашата скица (вижте по -долу). Нулиране Трансивърът има щифт за нулиране, който може да се използва за изрично нулиране. Библиотеката LMIC използва това, за да гарантира, че чипът е в последователно състояние при стартиране. На практика този щифт може да бъде оставен изключен, тъй като приемо-предавателят вече ще бъде в нормално състояние при включване, но свързването му може да предотврати проблеми в някои случаи. От страна на Arduino може да се използва всеки I/O пин. Използваният пинов номер трябва да бъде конфигуриран в картографирането на щифтове (вижте по -долу).

Трансивърът съдържа две отделни антенни връзки: една за RX и една за TX. Типичната приемо -предавателна платка съдържа чип за превключване на антена, който позволява превключване на една антена между тези RX и TX връзки. На такъв антенно превключвател обикновено може да се каже каква позиция трябва да бъде чрез входен щифт, често обозначен като RXTX. Най -лесният начин за управление на антенния превключвател е да използвате щифта RXTX на трансивъра SX127x. Този щифт се настройва автоматично високо по време на TX и ниско по време на RX. Например, изглежда, че платките HopeRF имат тази връзка на място, така че те не излагат никакви RXTX щифтове и щифтът може да бъде маркиран като неизползван в картографирането на щифтове. Някои платки разкриват щифта за превключване на антената, а понякога и щифта SX127x RXTX. Например, оценителната платка SX1272 извиква първата FEM_CTX, а последната RXTX. Отново, просто свързването им заедно с джъмпер проводник е най -лесното решение. Като алтернатива, или ако щифтът SX127x RXTX не е наличен, LMIC може да бъде конфигуриран да управлява превключвателя на антената. Свържете контролния щифт на антенния превключвател (напр. FEM_CTX на оценителната платка Semtech) към всеки I/O щифт от страната на Arduino и конфигурирайте щифта, използван в картата на пиновете (вижте по -долу). Не е съвсем ясно защо не би искал трансивърът да контролира директно антената.

Стъпка 3: 3D отпечатване на корпус

След като започнах да работя, реших да отпечатам 3D калъф за модула за по -добре изглеждащ дизайн.

С крайния продукт в ръка, инсталирането в отвора и получаването на резултати в реално време на таблото беше лесно. Стойностите на концентрацията на газ в реално време с индикация за нивото на водата позволиха на властите да предприемат проактивен подход, заедно с по-безопасен начин за решаване на проблема.