Omgewingsensorstelselaanhegsel vir UAV's: 18 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Die doel van hierdie Instructable is om te beskryf hoe u die omgewingsensorsisteem van Integrated Solutions Technology saam met 'n DJI Phantom 4 -hommeltuig kan bou, aanheg en bedryf. Hierdie sensorpakkette gebruik die drone om na moontlike gevaarlike omgewings te vervoer om die huidige risikovlakke van koolstofmonoksied (CO), koolstofdioksied (CO2) en vloeibare propaangas (LPG) te identifiseer in vergelyking met OSHA- en EPA -standaarde. Dit is belangrik om daarop te let dat, hoewel 'n stralingsensor ook in hierdie instruksie getoon word, dit as 'n aparte entiteit van die gassensors sal funksioneer, en dat die finale produk slegs die gassensorkomponente hierbo bevat.

Stap 1: Versamel nodige gereedskap, sagteware en materiaal

Gereedskap wat gebruik word:

1. Arduino sagteware (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
2. Tang
3. Tafelsaag met skuurblad
4. Tafelslyper

Gebruikte materiaal:

1. DJI Phantom 4
2. Arduino Uno
3. Eksterne battery van Jackery 3350mAh
4. Standaard broodbord
5. Koolstofmonoksied sensor - MQ - 7
6. Sensor vloeibare propaangas - MQ - 6
7. Koolstofdioksied CO2 -sensor - MG - 811
8. AK9750 Si7021 Humiditeits- en temperatuursensor
9. Pocket Geiger -stralingsensor - tipe 5
10. Bluetooth -modem - BlueSMiRF goud
11. Hangerbandjies van sagte staal
12. SparkFun Inventor's Kit
13. 3M dubbelzijdige monteerband

Stap 2: Monteer sensor- en mikrobeheerderbedrading

Kry toegang tot alle sensordatablaaie van die produkvervaardiger om die invoer- en uitvoerpenne te bepaal wat nodig is vir die korrekte werking van die komponente. Om 'n doeltreffende oriëntasie vir alle komponente in die gas- en stralingspakkette te skep, moet elke sensor en module afsonderlik bedraad word om te verseker dat dit in werking is wanneer dit aan die mikrobeheerder gekoppel word voordat dit op 'n enkele broodbord geïntegreer word. Om duidelikheid te verseker, is die proses om elke tipe basisbaan en kode te bou, vervat in die volgende stappe.

Stap 3: Bepaal invoer- en uitvoerpenne vir koolstofmonoksied MQ - 7 -sensor

Soos in die diagram hierbo getoon, moet die CO -komponent drie ingangspanningspenne aan die regterkantste spoor hê wat aan die 5V -mikrobeheerder se kragtoevoer gekoppel is. Die analoog invoerpen sal gekoppel word aan enige van die mikrobeheerspennetjies met die etiket A0, A1, A2, ens., Terwyl die grondpenne aan die grondpenne van die mikrokontroleerder gekoppel is. Laastens word 'n 10K ohm -weerstand gebruik om die sensorpen onderaan die grond aan te sluit. Dit is belangrik om daarop te let dat hierdie pinout van toepassing is op die CO2- en LPG -sensors wat ook in hierdie stelsel gebruik word.

Stap 4: Koppel die sensor in ooreenstemming met die pinout aan die mikro- en invoerpenne

Soos in die vorige stappe bespreek, word een pen aangedui as 'n analoog invoerpen vir die mikrobeheerder. In die basiskode wat hierbo vertoon word, en beskikbaar vir aflaai in die volgende stap, is die gedefinieerde analoog pen pin A0. In ooreenstemming met hierdie aanwysing, dra die boonste linker pen na die A0 -pen van die mikrobeheerder. Dan kan 'n gemeenskaplike 5V-invoer- en grondrail tot stand gebring word deur die linkerste broodbordkragrail (aangedui met die "-" -symbol) aan die grondpen en die regterste spoor ("+") aan die 5V-pen te koppel. Deur die broodbord op hierdie manier te bedraad, kan die sensorpenne direk aan die relings van die broodbord gekoppel word, wat skoon verbindings met die mikrobeheerder moontlik maak. Hierdie struktuur word op die foto's van die basiskring hierbo aangebied.

Stap 5: Laai die basiskode van die gassensor af

Sodra dit gekoppel is, laai die Arduino -basiskode op van die produkbladsy van SparkFun (https://www.sparkfun.com/products/9403; aangeheg) deur op die pyltjie links bo in die koppelvlak te druk om te verifieer dat die komponent in die kabel is in ooreenstemming met die pinout.

Stap 6: Maak die reeksmonitor oop om die werking daarvan te verseker

Maak die seriële monitor oop deur die vergrootglas -ikoon regs bo in die koppelvlak te kies. Dit sal 'n aparte venster hierbo oopmaak, waar die sensoruitset, oorspronklik 'n spanningslesing, vertoon word. As die data nie op die seriële monitor vertoon word soos aangedui nie, verifieer dat die analogRead -funksie verwys na die korrekte nommer van die analoog pen wat in die vroeë stadiums van hierdie proses bedraad was.

Stap 7: Herhaal stappe 3-6 vir LPG- en koolstofdioksiedgassensors

Herhaal die definisie van penne, sensorbedrading en kodeoplaai om die bykomende sensors se werking te verseker.

Stap 8: Wire SparkFun Si7021 humiditeits- en temperatuursensor (opsioneel)

Dieselfde algemene proses wat vir die gassensors uiteengesit word, sal geïmplementeer word vir die temperatuur- en humiditeitsensor. Die pinout verskil egter van die gassensors en word hierbo vertoon. Die VCC -pen (tweede van regs op die sensor) sal gekoppel word aan 'n 5 of 3.3 V -mikrokontroleerderbron en die grondpen sal aan die grond van die mikrobeheerder gekoppel word, soos gesien in die gassensorbedrading. In plaas van 'n analoog uitsetpen, bevat hierdie sensor SDA- en SCL -uitsetpenne wat verantwoordelik is vir die oordrag van data van die sensor na die mikrobeheerder vir verwerking. Hierdie sensor kan gebruik word om die akkuraatheid van gassensormetings in vergelyking met die databladwaardes te verifieer.

Stap 9: Laai die Si7021 -humiditeits- en temperatuursensor SparkFun -basiskode af

Na voltooiing van die bedrading, moet die aangehegte voorbeeldkode (aangepas vanaf https://www.sparkfun.com/products/13763) na die mikrobeheerder gelaai word om die korrekte konstruksie van die stroombaan te verseker. Soos beskryf met die gassensorkode, moet u seker maak dat die komponent die temperatuur en humiditeit oordra deur toegang tot die seriële monitor te verkry. Dit is belangrik om daarop te let dat hierdie basiskode die gebruik van twee verskillende SparkFun -komponentbiblioteke insluit. Om hierdie kode op te stel en op te laai na die mikrobeheerder, moet die gebruiker hierdie biblioteke installeer volgens die metodes wat in stap 9 getoon word.

Stap 10: Voeg komponent Arduino Libraries by

Die implementering van Arduino -biblioteke in kodes word geïdentifiseer deur die gebruik van 'n #include -opdrag, bo -aan die stap 8 se kode. Sonder die opname van hierdie biblioteke, kan die kode nie saamgestel of na die mikrobeheerder opgelaai word nie. Om toegang tot hierdie biblioteke te verkry en te installeer, gaan na die skets -oortjie, brei Biblioteek insluit uit en kies Bestuur biblioteke. Tik die naam van die biblioteek wat benodig word (teks wat verskyn na die opdrag #include), klik op die gewenste opsie, kies 'n weergawe en druk op install.

Stap 11: Wire Pocket Geiger -stralingsensor - tipe 5

Soos reeds genoem, sal hierdie komponent apart van die gassensors ingesluit word. By die opstel van hierdie produk is die proses steeds dieselfde; dra die komponentpenne na hul onderskeie uitsette soos in die pinout hierbo getoon. Koppel die VCC -pen aan die 5V -bron op die mikrobeheerder en die grondpen aan die grond van die mikrobeheerder, soos met die gassensors gedoen is. Koppel dan die sein- en geraaspenne onderskeidelik aan die mikrobeheerpenne 2 en 5. Laai die basiese kode na die voltooiing van hierdie taak op Github (https://www.sparkfun.com/products/142090) op, en hierdie komponent is gereed vir gebruik.

Stap 12: Ontwikkel geïntegreerde sensorbedrading

Nadat u elke sensor afsonderlik bedraad het om die werking daarvan te bevestig, begin u die bedrading van elke sensor in 'n gekondenseerde formaat, sodat alle sensors wat hierbo beskryf is, op die broodbord bedraad is, soos in die figuur hierbo getoon. Verwys na die tabel hierbo om die nodige Arduino -penne korrek aan hul onderskeie komponente te koppel, sodat die onderstaande kodes nie hoef te verander voordat u dit oplaai nie. Om 'n verkorte formaat te ondersteun, gebruik 'n gemeenskaplike krag- en grondrail deur die een broodbord -kragrail as 5V en die ander as 3.3V te koppel. Koppel die twee grondrails aanmekaar terwyl u 'n verbinding met die grondpen van die Arduino -mikrokontroleerder bied. Laai die aangehegte kode op as u klaar is om toegang te verkry tot die gassensorvermoëns wat op die bord aangebring is. Die aangehegte Arduino-kode sal die gassensors, sowel as die temperatuur- en humiditeitsensor, beheer en hul metingsdata in dele per miljoen deur die seriële monitor vertoon. Dit sal ook die risiko -klassifikasie van die gemete data verskaf. Die stralingsensor kan afhanklik wees van 'n tydsgebonde meting (dws tellings per minuut), daarom word aangeraai om hierdie komponent apart van die gassensors te gebruik. Om hierdie onderskeid te ondersteun, is die CO-, LPG- en CO2 -sensors die enigste komponente wat bespreek word wanneer die mikrobeheerder met die Bluetooth -module gekoppel word. Dit is egter belangrik om daarop te let dat die volgende proses gevolg kan word om dieselfde resultaat met die stralingsensor te verkry.

Stap 13: Begin Bluetooth -verbinding tussen telefoon en module

Sodra die gewenste sensorsisteem saamgestel, gekodeer en gekondenseer is, is die volgende stap om 'n gebruikersapparaat draadloos aan die stelsel te koppel. Dit sal toelaat dat lewendige sensorlesings na die gebruiker gestuur word op 'n afstand verwyderd van die gevaargebied. Die verbinding van die sensorsisteem en die toestel van die gebruiker word vergemaklik met die Arduino BlueSMiRF Bluetooth -module. Hierdie module word gekoppel aan die 'Arduino Bluetooth Data' -mobiele toepassing wat van die Google Play -winkel afgelaai kan word. Hierdie koppelvlak sal die lesings wat verkry word van die gassensors, menslike teenwoordigheid of stralingsensors direk vertoon, en is tot 350 voet toeganklik en sal die gebruiker waarsku oor veranderinge in sensorlesings, terwyl die gebruiker kan bepaal of daar gevaarlike vlakke van omgewingsgevare word opgespoor met betrekking tot OSHA- en EPA -regulasies.

Die komponent moet individueel bedraad wees, soos met die sensors getoon is, om die opstelling van die komponente te begin en die werking daarvan te evalueer. Deur die komponentdiagram wat in die figuur hierbo getoon word, te gebruik, word die komponent bedraad met 'n 5V-kraginvoer en 'n grondpen, terwyl die TX- en RX-komponentpenne aan twee deur die gebruiker gedefinieerde digitale penne gekoppel word. Soos die figuur toon, is die TX -pen aan die tweede digitale pen toegewys en die RX is gedefinieer as die derde. Nadat u hierdie taak voltooi het, voer die onderstaande voorbeeldkode uit om die opstel van komponente te begin. Op hierdie punt moet die LED van die komponent stadig met 'n rooi tint knipper. Toegang tot die seriële monitor en wissel tussen die opsies onderaan die venster om "Geen reël eindig" en "9600 baud" in die aftrekblokkies te lees. Tik dan '$$$' in die opdragvak en druk 'Stuur'. Dit sal 'Command Mode' in die komponent begin en die LED vinnig 'n rooi tint laat knip. Boonop stuur die komponent 'n 'CMD' -boodskap terug na die seriële monitor.

Wissel weer die afrolinstellings vir die seriële monitor om "Newline" en "9600 baud" te lees, voordat u met die opstelling voortgaan. Stuur 'D' en 'E' opdragte na die seriële monitor om die komponentinstellings, insluitend die fabrieksnaam, weer te gee. As u met u selfoon wil koppel, maak u Bluetooth -instellings oop, kies die naam van die Bluetooth -module (ECEbluesmirf vir die voorbeeld). Na hierdie keuse, stuur 'n "I" -opdrag om na toestelle met Bluetooth te soek. Die eerste nommer sal gebruik word om die twee toestelle te sinchroniseer deur 'n 'C, eerste nommer' te stuur. As dit voltooi is, sal die Bluetooth -LED groen word.

Stap 14: Koppel die stelsel aan die mobiele toepassing - Android -gebruikers

Laai die mobiele toepassing "Arduino Bluetooth Data" van die Google Play -winkel af om toegang tot sensordata op 'n Android te verkry. Maak die mobiele toepassing oop en tik op die naam van die Bluetooth -module se naam op die gebruikerskoppelvlak om aan te sluit. Kies die aansoek as ontvanger as u gevra word. Die koppelvlak wat die sensordata vertoon, sal vertoon word en die module sal 'n soliede groen LED bevat. Laai die aangehegte kode na voltooiing om die sensors te aktiveer en omgevingsgevaardata op te haal. Die sensorname kan opgedateer word om die gebruikte sensors te akkommodeer, soos voltooi is om die skermkiekie hierbo te bereik.

Stap 15: Skep ondersteuningsbeugels om die sensorsisteem aan te heg

Die samestelling van die sensorsisteem vereis die gebruik van twee sagte staal hangerbande en 3M dubbelzijdige kleefband om aan die DJI Phantom 4-hommeltuig vas te maak. Die eerste stap is om die bande van die sagte staalhanger aan die hommeltuig te buig en te vorm. Dit benodig 'n totale aanvanklike bandlengte van 23 duim. Sny uit hierdie voorraad gelyke bande met 'n tafelsaag met 'n skuurblad. Slyp dan die punte om brame te verwyder. Die resultaat van die proses word in die eerste van die bogenoemde figure getoon. Tydens hierdie proses wil u vermy dat u langs die oop gleuwe sny, om nie die punte van die band te verswak nie.

Die volgende stap vereis dat die bande buig om op die hommeltuig te pas. Dit word aanbeveel om 'n tang te gebruik om die staal te buig en die band op die onderkant van die relings te plaas. Sentreer die bande op die drone -beenrails en merk waar die rand van die spoorbene is. Dit sal dien as 'n visuele waar om die staal te buig. Buig die bande in klein stukkies totdat dit om die relings draai, sodat dit nie gly nie.

Stap 16: Monteer die stelsel op die drone

'N Voorbeeld van die samestelling van die sensorsisteem word aangetoon met behulp van sagte staalhangerbande en kleeflint. Soos voorheen bespreek, is die sagte staalhangerbande gebuig en op die onderkant van die hommeltuig geplaas om 'n platform te skep waarop die komponente kan sit. Nadat dit voltooi is, bevestig die komponente aan die bande met die gom sodat hulle veilig is, maar belemmer nie die normale werking van die hommeltuig nie. Om genoeg ruimte te verseker, gebruik die voorbeeld twee hangerbande wat 'n eksterne battery, mikrobeheerder en broodbord ondersteun. Boonop word die sensors aan die agterkant van die hommeltuig geplaas.

Stap 17: Gebruik hierdie stelsel om gevare te evalueer

Om die erns van die gevaarvlakke van hierdie stelsel te bepaal, moet u na die volgende standaarde verwys. Groen dui op 'n veilige omgewing vir almal wat op die gebied van belang is, terwyl pers die ergste moontlike omgewingskonsentrasie aandui, wat tot dodelike gevolge kan lei. Die kleurstelsel wat gebruik word, is afgelei van die EPA se Air Quality Flag Program.

Koolstofmonoksied (OSHA)

• 0-50 PPM (groen)
• 50-100 PPM (geel)
• 100-150 PPM (oranje)
• 150-200 PPM (rooi)
• > 200 PPM (pers)

Vloeibare propaangas (NCBI)

• 0-10, 000 PPM (groen)
• 10, 000-17, 000 PPM (geel)
• > 17, 000 PPM (rooi)

Koolstofdioksied (Global CCS Institute)

• 0-20, 00 PPM (groen)
• 20, 000-50, 000 PPM (geel)
• 50, 000-100, 000 PPM (Oranje)
• 100, 000-150, 000 PPM (rooi)
• > 150, 000 PPM (pers)

Stap 18: Gebruik die stelsel om gemete data te versamel

Noudat die finale vergadering voltooi is, is die stelsel gereed om te gebruik. Aangesien die kode wat nodig is om die mikrobeheerder te laat funksioneer, reeds opgelaai is, kan die mikrobeheerder gekoppel word aan die mobiele battery om data oor te dra, in plaas van 'n rekenaar. Die stelsel is nou gereed vir gebruik in toepassings vir die beoordeling van omgewingsgevare!