Sewer'Sway: 3 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ang kasalukuyang proseso ng paglilinis ng linya ng alkantarilya ay reaktibo sa halip na maagap. Ang mga tawag sa telepono ay nakarehistro sa isang kaganapan ng baradong linya ng alkantarilya sa isang lugar. Bukod dito, mahirap para sa mga manu-manong scavenger na mag-zero-in sa punto ng error. Gumagamit sila ng pamamaraang hit-and-trial upang maisagawa ang proseso ng paglilinis sa maraming mga manholes sa apektadong lugar, nag-aaksaya ng maraming oras. Bukod pa rito ang mataas na konsentrasyon ng mga nakakalason na gas ay humantong sa pagkamayamutin, sakit ng ulo, pagkapagod, impeksyon sa sinus, brongkitis, pulmonya, pagkawala ng gana sa pagkain, mahinang memorya at pagkahilo.

Ang solusyon ay ang pagdisenyo ng isang prototype, na kung saan ay isang maliit na aparato - na may form-factor ng isang pen - naka-embed sa talukap ng isang manhole. Ang mas mababang seksyon ng aparato na kung saan ay nakalantad sa loob ng manhole habang ang takip ay sarado - binubuo ng mga sensor na nakakakita ng antas ng tubig sa loob ng alkantarilya at ang konsentrasyon ng mga gas na kasama ang methane, carbon monoxide, carbon dioxide at nitrogen oxides. Ang data ay natipon sa isang master station, na nakikipag-usap sa mga aparatong ito na naka-install sa bawat manholes sa LoRaWAN, at ipinapadala ang data sa isang cloud server, na nagho-host ng isang dashboard para sa mga layunin sa pagsubaybay. Dagdag dito, tulay nito ang agwat sa pagitan ng mga awtoridad ng munisipal na responsable para sa pagpapanatili ng imburnal at pagkolekta ng basura. Ang pag-install ng mga aparatong ito sa buong lungsod ay magbibigay-daan sa isang solusyon sa pag-iwas upang makilala at matukoy ang lokasyon ng baradong linya ng alkantarilya bago maabot sa ibabaw ang wastewater.

Mga gamit

1. Ultrasonic sensor - HC-SR04

2. Gas sensor - MQ-4

3. LoRa gateway - Raspberry pi 3

4. LoRa module - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Module ng buzzer

7. 500mAh, 3.7V Li-ion na baterya

Hakbang 1:

Para sa unang prototype, gumamit ako ng isang tic-tac (kahon ng mga sariwang mints) bilang enclosure. Ang pagkakabit ng mga ultrasonic sensor ay ginawa sa isang paraan upang maituro ang Tx at Rx patungo sa daloy ng alkantarilya. Napakadali ng mga koneksyon sa ultrasonic sensor at gas sensor. Kailangan lang na paganahin ang mga indibidwal na sensor at gamitin ang anuman sa 8 mga digital na pin na magagamit sa NodeMCU para sa pagbabasa ng data. Inilabas ko ang mga koneksyon para sa mas mahusay na pag-unawa.

Hakbang 2: Pagkilala sa SEMTECH SX1272

Ang aming susunod na hakbang ay ang pag-install ng mga aklatan sa aming NodeMCU.

Mahahanap mo ang mga aklatan sa module na Semtech LoRa sa link na ito:

Upang mai-install ang library na ito:

• I-install ito gamit ang manager ng Arduino Library ("Sketch" -> "Isama ang Library" -> "Pamahalaan ang Mga Aklatan …"), o
• Mag-download ng isang zipfile mula sa github gamit ang pindutang "I-download ZIP" at i-install ito gamit ang IDE ("Sketch" -> "Isama ang Library" -> "Idagdag. ZIP Library…"
• I-clone ang git repository na ito sa iyong sketchbook / folder ng mga aklatan.

Upang magawa ang library na ito, ang iyong Arduino (o kung anuman ang Arduino board na ginagamit mo) ay dapat na konektado sa transceiver. Ang eksaktong mga koneksyon ay medyo nakasalalay sa transceiver board at ginamit ng Arduino, kaya sinusubukan ng seksyong ito na ipaliwanag kung para saan ang bawat koneksyon at sa kung anong mga kaso ito ay (hindi) kinakailangan.

Tandaan na ang module ng SX1272 ay tumatakbo sa 3.3V at malamang ay hindi gusto ang 5V sa mga pin nito (kahit na ang datasheet ay hindi nagsasabi ng anuman tungkol dito, at ang aking transceiver ay hindi malinaw na nasira matapos aksidenteng ginamit ang 5V I / O sa loob ng ilang oras). Upang maging ligtas, siguraduhing gumamit ng isang antas ng shifter, o isang Arduino na tumatakbo sa 3.3V. Ang board ng pagsusuri ng Semtech ay may 100 ohm resistors sa serye kasama ang lahat ng mga linya ng data na maaaring maiwasan ang pinsala, ngunit hindi ako umaasa doon.

Ang SX127x transceivers ay nangangailangan ng isang supply boltahe sa pagitan ng 1.8V at 3.9V. Karaniwan ang paggamit ng isang supply ng 3.3V. Ang ilang mga module ay may isang solong power pin (tulad ng mga module ng HopeRF, na may label na 3.3V) ngunit ang iba ay naglalantad ng maraming mga power pin para sa iba't ibang bahagi (tulad ng Semtech evaluation board na mayroong VDD_RF, VDD_ANA at VDD_FEM), na lahat ay maaaring magkonekta nang magkasama. Ang anumang mga pin ng GND ay kailangang maiugnay sa (mga) Arduino GND na pin.

Ang pangunahing paraan ng pakikipag-usap sa transceiver ay sa pamamagitan ng SPI (Serial Peripheral Interface). Gumagamit ito ng apat na pin: MOSI, MISO, SCK at SS. Ang dating tatlo ay kailangang direktang konektado: kaya ang MOSI sa MOSI, MISO sa MISO, SCK sa SCK. Kung saan ang mga pin na ito ay matatagpuan sa iyong Arduino ay nag-iiba, tingnan ang halimbawa ang seksyong "Mga Koneksyon" ng dokumentasyon ng Arduino SPI. Ang koneksyon ng SS (alipin na pumili) ay medyo mas may kakayahang umangkop. Sa panig ng alipin ng SPI (ang transceiver), dapat itong ikonekta sa pin (karaniwang) may label na NSS. Sa panig ng SPI master (Arduino), ang pin na ito ay maaaring kumonekta sa anumang I / O pin. Karamihan sa mga Arduino ay mayroon ding isang pin na may label na "SS", ngunit nauugnay lamang ito kapag ang Arduino ay gumagana bilang isang alipin ng SPI, na hindi ito ang kaso dito. Anumang pin ang pipiliin mo, kailangan mong sabihin sa library kung anong pin ang ginamit mo sa pamamagitan ng pagmamapa ng pin (tingnan sa ibaba).

Ang DIO (digital na I / O) na mga pin sa transceiver board ay maaaring mai-configure para sa iba't ibang mga pag-andar. Ginagamit ng library ng LMIC ang mga ito upang makakuha ng impormasyong instant na katayuan mula sa transceiver. Halimbawa, kapag nagsimula ang isang paghahatid ng LoRa, ang DIO0 pin ay naka-configure bilang isang output ng TxDone. Kapag nakumpleto ang paghahatid, ang DIO0 pin ay ginawang mataas ng transceiver, na maaaring makita ng LMIC library. Ang LMIC library ay nangangailangan lamang ng pag-access sa DIO0, DIO1 at DIO2, ang iba pang mga DIOx na pin ay maaaring iwanang naka-disconnect. Sa panig ng Arduino, maaari silang kumonekta sa anumang I / O pin, dahil ang kasalukuyang pagpapatupad ay hindi gumagamit ng mga pagkagambala o iba pang mga espesyal na tampok sa hardware (kahit na maaaring maidagdag ito sa tampok, tingnan din ang seksyong "Timing").

Sa LoRa mode ang DIO pin ay ginagamit tulad ng sumusunod:

• DIO0: TxDone at RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Ginagamit ang mode na FSK tulad ng sumusunod::

• DIO0: PayloadReady at PacketSent
• DIO2: TimeOut

Ang parehong mga mode ay nangangailangan lamang ng 2 mga pin, ngunit ang tranceiver ay hindi pinapayagan ang pagmamapa sa kanila sa isang paraan na ang lahat ng kinakailangang nakakagambala na mapa sa parehong 2 mga pin. Kaya, kung ang parehong mga mode ng LoRa at FSK ay ginamit, ang lahat ng tatlong mga pin ay dapat na konektado. Ang mga pin na ginamit sa panig ng Arduino ay dapat na naka-configure sa pagmamapa ng pin sa iyong sketch (tingnan sa ibaba). I-reset ang transceiver ay may isang reset na pin na maaaring magamit upang malinaw na ma-reset ito. Ginagamit ito ng LMIC library upang matiyak na ang chip ay nasa isang pare-pareho na estado sa pagsisimula. Sa pagsasagawa, ang pin na ito ay maaaring iwanang naka-disconnect, dahil ang transceiver ay magkakaroon na ng isang bait na estado sa power-on, ngunit ang pagkonekta nito ay maaaring maiwasan ang mga problema sa ilang mga kaso. Sa panig ng Arduino, maaaring magamit ang anumang I / O pin. Ang ginamit na numero ng pin ay dapat na mai-configure sa pagmamapa ng pin (tingnan sa ibaba).

Naglalaman ang transceiver ng dalawang magkakahiwalay na koneksyon ng antena: Isa para sa RX at isa para sa TX. Ang isang tipikal na board ng transceiver ay naglalaman ng isang antena switch chip, na nagbibigay-daan sa paglipat ng isang solong antena sa pagitan ng mga koneksyon na RX at TX na ito. Ang nasabing isang tagapalit ng antena ay karaniwang masasabi kung anong posisyon dapat ito sa pamamagitan ng isang input pin, na madalas na may label na RXTX. Ang pinakamadaling paraan upang makontrol ang switch ng antena ay ang paggamit ng RXTX pin sa SX127x transceiver. Ang pin na ito ay awtomatikong itinatakda ng mataas sa panahon ng TX at mababa sa panahon ng RX. Halimbawa, ang mga board ng HopeRF ay tila may koneksyon na ito sa lugar, kaya hindi nila inilalantad ang anumang mga RXTX na pin at ang marka ay maaaring markahan bilang hindi nagamit sa pagmamapa ng pin. Ang ilang mga board ay inilalantad ang antena switch ng pin, at kung minsan ay ang SX127x RXTX pin din. Halimbawa, ang board ng pagsusuri ng SX1272 ay tumatawag sa dating PROT_CTX at sa huling RXTX. Muli, ang simpleng pagkonekta lamang nito kasama ang isang jumper wire ay ang pinakamadaling solusyon. Bilang kahalili, o kung ang SX127x RXTX pin ay hindi magagamit, maaaring mai-configure ang LMIC upang makontrol ang switch ng antena. Ikonekta ang pin ng control switch ng antena (hal. FEM_CTX sa board ng pagsusuri ng Semtech) sa anumang pin na I / O sa panig ng Arduino, at i-configure ang pin na ginamit sa map na mapa (tingnan sa ibaba). Hindi ganap na malinaw kung bakit hindi gugustuhin ng transceiver na kontrolin ang antena nang direkta, bagaman.

Hakbang 3: Pag-print ng 3D ng isang Enclosure

Kapag natapos ko na ang lahat, nagpasya akong mag-print ng 3D ng isang kaso para sa module para sa isang mas mahusay na hitsura ng disenyo.

Gamit ang panghuling produkto sa kamay, madali ang Pag-install sa man-hole at pagkuha ng mga resulta sa real-time sa isang dashboard. Ang mga halaga ng konsentrasyon ng real-time na gas na may pahiwatig sa antas ng tubig ay pinapayagan ang mga awtoridad para sa isang maagap na diskarte kasama ang isang mas ligtas na paraan upang matugunan ang problema.