Odvod kanalizacije: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Trenutni proces čišćenja kanalizacionog voda je više reaktivan nego proaktivan. Telefonski pozivi se registruju u slučaju začepljenja kanalizacionog voda u nekom području. Štoviše, ručnim čistačima je teško uvesti nulu na mjestu greške. Oni koriste metodu „hit-and-trial“kako bi proveli proces čišćenja u više šahti u zahvaćenom području, gubeći puno vremena. Osim toga, visoka koncentracija otrovnih plinova dovodi do razdražljivosti, glavobolje, umora, infekcija sinusa, bronhitisa, upale pluća, gubitka apetita, slabog pamćenja i vrtoglavice.

Rješenje je dizajnirati prototip, koji je mali uređaj - s oblikom olovke - ugrađen u poklopac šahta. Donji dio uređaja koji je izložen unutrašnjosti šahta dok je poklopac zatvoren - sastoji se od senzora koji otkrivaju nivo vode u kanalizaciji i koncentraciju plinova koji uključuju metan, ugljični monoksid, ugljični dioksid i okside dušika. Podaci se prikupljaju na glavnu stanicu, koja komunicira s ovim uređajima instaliranim na svakom šahtu preko LoRaWAN -a, i šalje podatke na poslužitelj u oblaku, na kojem se nalazi nadzorna ploča za potrebe praćenja. Nadalje, ovo premošćuje jaz između opštinskih vlasti odgovornih za održavanje kanalizacije i sakupljanje smeća. Ugradnja ovih uređaja u cijelom gradu omogućit će preventivno rješenje za identifikaciju i precizno određivanje lokacije začepljenog kanalizacijskog voda prije nego otpadna voda dospije na površinu.

Supplies

1. Ultrazvučni senzor - HC -SR04

2. Senzor plina - MQ -4

3. LoRa gateway - Raspberry pi 3

4. LoRa modul - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Modul zujalice

7. 500mAh, 3.7V Li-ion baterija

Korak 1:

Za prvi prototip koristio sam tic-tac (kutiju svježih metvica) kao kućište. Pričvršćivanje ultrazvučnih senzora izvedeno je na takav način da usmjeri Tx i Rx prema kanalizacijskom toku. Povezivanje ultrazvučnog senzora i senzora plina vrlo je jednostavno. Samo trebate napajati pojedinačne senzore i koristiti bilo koji od 8 digitalnih pinova dostupnih u NodeMCU za čitanje podataka. Povukao sam veze radi boljeg razumijevanja.

Korak 2: Upoznajte se sa SEMTECH SX1272

Naš sljedeći korak bio bi instaliranje biblioteka na naš NodeMCU.

Biblioteke Semtech LoRa modula možete pronaći na ovoj poveznici:

Da biste instalirali ovu biblioteku:

• Instalirajte ga pomoću upravitelja Arduino biblioteke ("Sketch" -> "Include Library" -> "Manage Libraries …"), ili
• Preuzmite zip datoteku s githuba pomoću gumba "Preuzmi ZIP" i instalirajte je pomoću IDE -a ("Sketch" -> "Uključi biblioteku" -> "Dodaj. ZIP biblioteku …"
• Klonirajte ovo git spremište u svoju mapu sketchbook/libraries.

Da bi ova biblioteka funkcionirala, vaš Arduino (ili bilo koju ploču kompatibilnu s Arduinom koju koristite) treba biti spojena na primopredajnik. Točne veze pomalo ovise o primopredajnoj ploči i Arduinu koji se koristi, pa ovaj odjeljak pokušava objasniti čemu služi svaka veza i u kojim slučajevima (nije) potrebna.

Imajte na umu da SX1272 modul radi na 3.3V i vjerovatno mu se ne sviđa 5V na njegovim pinovima (iako podatkovna tablica ne govori ništa o tome, a moj primopredajnik se očito nije slomio nakon što je slučajno koristio 5V I/O nekoliko sati). Da biste bili sigurni, upotrijebite mjenjač nivoa ili Arduino na 3.3V. Semtech ploča za ocjenjivanje ima 100 ohmskih otpornika u nizu sa svim linijama podataka koje bi mogle spriječiti oštećenja, ali ne bih računao na to.

SX127x primopredajnicima je potreban napon napajanja između 1,8 i 3,9 V. Tipično je korištenje napajanja od 3.3V. Neki moduli imaju jedan pin za napajanje (poput HopeRF modula, označeni sa 3.3V), ali drugi izlažu više pinova za napajanje za različite dijelove (kao što je Semtech evaluaciona ploča koja ima VDD_RF, VDD_ANA i VDD_FEM), koji se svi mogu povezati zajedno. Sve GND pinove potrebno je spojiti na Arduino GND pinove.

Primarni način komunikacije s primopredajnikom je putem SPI (serijsko periferno sučelje). Ovo koristi četiri pina: MOSI, MISO, SCK i SS. Prva tri moraju biti direktno povezana: tako da MOSI na MOSI, MISO na MISO, SCK na SCK. Gdje se ti pinovi nalaze na vašem Arduinu varira, pogledajte, na primjer, odjeljak "Veze" u Arduino SPI dokumentaciji. SS (slave slave) veza je malo fleksibilnija. Na SPI slave strani (primopredajnik), ovo mora biti spojeno na pin (tipično) označen sa NSS. Na SPI master (Arduino) strani, ovaj se pin može spojiti na bilo koji I/O pin. Većina Arduinosa također ima pin označen sa "SS", ali to je relevantno samo ako Arduino radi kao SPI rob, što ovdje nije slučaj. Koji god pin odaberete, biblioteci morate reći koji ste pin koristili kroz mapiranje iglica (pogledajte dolje).

DIO (digitalni I/O) pinovi na primopredajnoj ploči mogu se konfigurirati za različite funkcije. LMIC biblioteka ih koristi za dobivanje trenutnih informacija o statusu od primopredajnika. Na primjer, kada započne prijenos LoRa, pin DIO0 je konfiguriran kao izlaz TxDone. Kada je prijenos završen, primopredajnik visoko podiže pin DIO0, što može biti otkriveno u biblioteci LMIC. Knjižnici LMIC potreban je samo pristup DIO0, DIO1 i DIO2, ostale DIOx pinove možete ostaviti isključenima. Na Arduino strani, mogu se spojiti na bilo koji I/O pin, budući da trenutna implementacija ne koristi prekide ili druge posebne hardverske značajke (iako bi se to moglo dodati u značajku, pogledajte i odjeljak "Vrijeme").

U načinu rada LoRa DIO pinovi se koriste na sljedeći način:

• DIO0: TxDone i RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

FSK način rada koriste se na sljedeći način:

• DIO0: PayloadReady i PacketSent
• DIO2: TimeOut

Oba načina trebaju samo 2 pina, ali tranceiver ne dopušta njihovo mapiranje na takav način da svi potrebni prekidi preslikavaju na iste 2 pinove. Dakle, ako se koriste i LoRa i FSK načini rada, sva tri pina moraju biti povezana. Igle koje se koriste na Arduino strani trebaju biti konfigurirane u mapiranju pinova na vašoj skici (pogledajte dolje). Reset Primopredajnik ima pin za resetiranje koji se može koristiti za izričito resetiranje. Knjižnica LMIC ovo koristi kako bi osigurala da je čip u dosljednom stanju pri pokretanju. U praksi se ovaj pin može ostaviti isključen, jer će primopredajnik već biti u zdravom stanju pri uključivanju, ali njegovo povezivanje može u nekim slučajevima spriječiti probleme. Na Arduino strani može se koristiti bilo koji I/O pin. Korišteni broj pina mora biti konfiguriran u mapiranju pinova (vidi dolje).

Primopredajnik sadrži dvije odvojene antenske veze: jednu za RX i jednu za TX. Tipična primopredajnička ploča sadrži čip za promjenu antene koji omogućuje prebacivanje jedne antene između ovih RX i TX veza. Takav antenski prekidač obično se može reći u kom položaju bi trebao biti preko ulaznog pina, često označenog sa RXTX. Najlakši način za upravljanje antenskim prekidačem je korištenje RXTX pina na primopredajniku SX127x. Ovaj pin se automatski postavlja visoko tokom TX -a, a nisko tokom RX -a. Na primjer, čini se da ploče HopeRF imaju ovu vezu na mjestu, pa ne izlažu nikakve RXTX pinove, a pin se u mapiranju pinova može označiti kao neiskorišten. Neke ploče otkrivaju iglu za promjenu antene, a ponekad i pin SX127x RXTX. Na primjer, evaluaciona ploča SX1272 poziva prvu FEM_CTX, a drugu RXTX. Opet, jednostavno povezivanje ovih spojeva žicom je najjednostavnije rješenje. Alternativno, ili ako pin SX127x RXTX nije dostupan, LMIC se može konfigurirati za upravljanje prekidačem antene. Spojite kontrolni pin antenskog prekidača (npr. FEM_CTX na Semtech ploči za ocjenjivanje) na bilo koji I/O pin na Arduino strani i konfigurirajte pin koji se koristi na karti pinova (pogledajte dolje). Nije sasvim jasno zašto ne bi htio da primopredajnik direktno upravlja antenom.

Korak 3: 3D ispisivanje kućišta

Kad sam sve pokrenuo, odlučio sam 3D ispisati kućište za modul radi boljeg izgleda.

S konačnim proizvodom u ruci, instalacija u rupu i dobivanje rezultata u stvarnom vremenu na nadzornoj ploči bila je jednostavna. Vrijednosti koncentracije plina u stvarnom vremenu s indikacijom nivoa vode omogućile su vlastima proaktivan pristup, uz sigurniji način rješavanja problema.