Rioolweg: 3 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Die huidige skoonmaakproses van rioolwater is reaktief eerder as proaktief. Telefoonoproepe word geregistreer in die geval van verstopte rioollyn in 'n gebied. Boonop is dit moeilik vir handmatige aasdiere om die foutpunt te verreken. Hulle gebruik 'n toets-en-probeer-metode om die skoonmaakproses in verskeie mangate in die betrokke gebied uit te voer, en mors baie tyd. Boonop lei die hoë konsentrasie van die giftige gasse tot prikkelbaarheid, hoofpyn, moegheid, sinusinfeksies, brongitis, longontsteking, verlies aan eetlus, swak geheue en duiseligheid.

Die oplossing is om 'n prototipe te ontwerp, 'n klein toestel - met 'n vormfaktor van 'n pen - ingebed op die deksel van 'n mangat. Die onderste gedeelte van die toestel wat blootgestel word aan die binnekant van die mangat terwyl die deksel toegemaak is - bestaan uit sensors wat die watervlak in die riool opspoor en die konsentrasie gasse wat metaan, koolstofmonoksied, koolstofdioksied en stikstofoksiede insluit. Die data word versamel na 'n hoofstasie wat kommunikeer met hierdie toestelle wat by elke mangat oor LoRaWAN geïnstalleer is, en stuur die data na 'n wolkbediener, wat 'n paneelbord vir moniteringsdoeleindes huisves. Verder oorbrug dit die gaping tussen munisipale owerhede wat verantwoordelik is vir die onderhoud van riool en vullisverwydering. Met die installering van hierdie toestelle in die stad kan 'n voorkomende oplossing die ligging van verstopte rioollyn identifiseer en bepaal voordat die afvalwater die oppervlak bereik.

Voorrade

1. Ultrasoniese sensor - HC -SR04

2. Gassensor - MQ -4

3. LoRa gateway - Framboos pi 3

4. LoRa -module - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Gonser module

7. 500mAh, 3.7V Li-ion battery

Stap 1:

Vir die eerste prototipe gebruik ek 'n tic-tac (boks vars mints) as omhulsel. Die bevestiging van ultrasoniese sensors is op so 'n manier gedoen dat die Tx en Rx na die rioolvloei verwys word. Verbindings met die ultrasoniese sensor en die gassensor is baie maklik. U hoef net die individuele sensors aan te skakel en enige van die 8 digitale penne wat in die NodeMCU beskikbaar is, te gebruik om data te lees. Ek het die konneksies getrek vir beter begrip.

Stap 2: Maak kennis met SEMTECH SX1272

Ons volgende stap sou wees om die biblioteke op ons NodeMCU te installeer.

U kan die biblioteke vir die Semtech LoRa -module vind in hierdie skakel:

Om hierdie biblioteek te installeer:

• Installeer dit met behulp van die Arduino -biblioteekbestuurder ("Skets" -> "Sluit biblioteek in" -> "Beheer biblioteke …"), of
• Laai 'n zip -lêer af van github met die "Download ZIP" -knoppie en installeer dit met die IDE ("Skets" -> "Sluit biblioteek in" -> "Voeg. ZIP -biblioteek by …"
• Kloon hierdie git -bewaarplek in u gids met sketsboek/biblioteke.

Om hierdie biblioteek te laat werk, moet u Arduino (of watter Arduino-versoenbare bord u ook al gebruik) aan die transceiver gekoppel word. Die presiese verbindings is 'n bietjie afhanklik van die transceiverbord en die gebruikte Arduino, so hierdie afdeling probeer verduidelik waarvoor elke verbinding is en in watter gevalle dit (nie) nodig is.

Let daarop dat die SX1272 -module op 3.3V werk en waarskynlik nie van 5V op sy penne hou nie (alhoewel die datablad niks hieroor sê nie, en my sender ontvanger het natuurlik nie gebreek nadat ek per ongeluk 'n paar uur 5V I/O gebruik het nie). Om veilig te wees, moet u 'n vlakversneller gebruik, of 'n Arduino wat op 3.3V werk. Die Semtech -evalueringsbord het 100 ohm -weerstande in serie met alle data -lyne wat skade kan voorkom, maar ek sal nie daarop reken nie.

Die SX127x -ontvangers benodig 'n voedingsspanning tussen 1.8V en 3.9V. Dit is tipies om 'n 3.3V -toevoer te gebruik. Sommige modules het 'n enkele kragpen (soos die HopeRF -modules, gemerk met 3.3V), maar ander stel verskeie kragpenne vir verskillende dele bloot (soos die Semtech -evalueringsbord met VDD_RF, VDD_ANA en VDD_FEM), wat almal aan mekaar gekoppel kan word. Enige GND -penne moet aan die Arduino GND -pen (s) gekoppel word.

Die primêre manier om met die transceiver te kommunikeer, is via SPI (Serial Peripheral Interface). Dit gebruik vier penne: MOSI, MISO, SCK en SS. Eersgenoemde drie moet direk verbind word: dus MOSI met MOSI, MISO met MISO, SCK met SCK. Waar hierdie penne op u Arduino geleë is, wissel byvoorbeeld na die gedeelte "Verbindings" van die Arduino SPI -dokumentasie. Die SS (slave select) -verbinding is 'n bietjie meer buigsaam. Aan die SPI -slawe -kant (die ontvanger) moet dit verbind word met die pen (tipies) met die naam NSS. Aan die SPI -master (Arduino) -kant kan hierdie pen met enige I/O -pen verbind word. Die meeste Arduino's het ook 'n pen met die naam "SS", maar dit is slegs relevant as die Arduino as 'n SPI -slaaf werk, wat hier nie die geval is nie. Ongeag watter pen u kies, moet u aan die biblioteek vertel watter speld u deur die penkartering gebruik het (sien hieronder).

Die DIO (digitale I/O) penne op die transceiverbord kan vir verskillende funksies gekonfigureer word. Die LMIC -biblioteek gebruik dit om onmiddellike statusinligting van die sender te ontvang. Byvoorbeeld, as 'n LoRa -oordrag begin, word die DIO0 -pen gekonfigureer as 'n TxDone -uitset. As die oordrag voltooi is, word die DIO0 -pen hoog gemaak deur die transceiver, wat deur die LMIC -biblioteek opgespoor kan word. Die LMIC -biblioteek benodig slegs toegang tot DIO0, DIO1 en DIO2; die ander DIOx -penne kan ontkoppel word. Aan die Arduino -kant kan hulle aansluit by enige I/O -pen, aangesien die huidige implementering geen onderbrekings of ander spesiale hardeware -funksies gebruik nie (alhoewel dit moontlik in die funksie bygevoeg kan word, sien ook die afdeling "Tydsberekening").

In die LoRa -modus word die DIO -penne soos volg gebruik:

• DIO0: TxDone en RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

FSK -modus word dit soos volg gebruik:

• DIO0: PayloadReady en PacketSent
• DIO2: TimeOut

Beide modusse benodig slegs 2 penne, maar die tranceiver laat dit nie toe om dit so te karteer dat al die nodige onderbrekings na dieselfde 2 penne onderbreek word nie. Dus, as beide LoRa- en FSK -modusse gebruik word, moet al drie penne verbind word. Die penne wat aan die Arduino -kant gebruik word, moet gekonfigureer word in die penkartering in u skets (sien hieronder). Herstel Die transceiver het 'n terugstelpen wat gebruik kan word om dit eksplisiet terug te stel. Die LMIC -biblioteek gebruik dit om te verseker dat die chip in konstante toestand is tydens die aanvang. In die praktyk kan hierdie pen ontkoppel word, aangesien die ontvanger reeds in 'n goeie toestand is tydens aanskakeling, maar as u dit aansluit, kan dit in sommige gevalle probleme voorkom. Aan die Arduino -kant kan enige I/O -pen gebruik word. Die pin -nommer wat gebruik word, moet in die penkartering gekonfigureer word (sien hieronder).

Die transceiver bevat twee afsonderlike antenna -verbindings: een vir RX en een vir TX. 'N Tipiese transceiverbord bevat 'n antenneskakel -chip waarmee 'n enkele antenna tussen hierdie RX- en TX -verbindings geskakel kan word. So 'n antennaskakelaar kan tipies deur middel van 'n invoerpen, dikwels met die naam RXTX, ingelig word watter posisie dit moet wees. Die maklikste manier om die antenna -skakelaar te beheer, is deur die RXTX -pen op die SX127x -ontvanger te gebruik. Hierdie pen word outomaties hoog gestel tydens TX en laag tydens RX. Byvoorbeeld, dit lyk asof die HopeRF -borde hierdie verbinding in plek het, sodat hulle geen RXTX -penne blootstel nie, en die pen kan as ongebruik in die penkartering gemerk word. Sommige borde stel wel die antenna -skakelaarpen, en soms ook die SX127x RXTX -pen, bloot. Die SX1272 -evalueringsraad noem byvoorbeeld die voormalige FEM_CTX en laasgenoemde RXTX. Weereens, dit is die maklikste oplossing om dit eenvoudig met 'n jumperdraad te verbind. Alternatiewelik, of as die SX127x RXTX -pen nie beskikbaar is nie, kan LMIC opgestel word om die antenna -skakelaar te beheer. Koppel die stuurpen van die antenna -skakelaar (bv. FEM_CTX op die Semtech -evalueringsbord) aan enige I/O -pen aan die Arduino -kant en stel die pen in wat op die penkaart gebruik word (sien hieronder). Dit is egter nie heeltemal duidelik waarom die transceiver nie die antenna direk wil beheer nie.

Stap 3: 3D -afdruk van 'n omhulsel

Toe ek alles aan die gang gehad het, het ek besluit om 'n geval vir die module in 3D te druk vir 'n beter ontwerp.

Met die finale produk in die hand, was dit maklik om te installeer in die put en real-time resultate op 'n paneelbord te kry. Die real-time gas konsentrasie waardes met die watervlak aanduiding het die owerhede in staat gestel om 'n proaktiewe benadering saam met 'n veiliger manier om die probleem op te los.