Odvod kanalizacije: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Trenutni proces čišćenja kanalizacijskih vodova je reaktivan, a ne proaktivan. Telefonski pozivi se registriraju u slučaju začepljenja kanalizacijskog voda u nekom području. Štoviše, ručnim čistačima je teško uvesti nulu na mjestu pogreške. Oni koriste metodu hit-and-trial za provođenje procesa čišćenja u više šahti na zahvaćenom području, gubeći puno vremena. Dodatno, visoka koncentracija otrovnih plinova dovodi do razdražljivosti, glavobolje, umora, infekcija sinusa, bronhitisa, upale pluća, gubitka apetita, slabog pamćenja i vrtoglavice.

Rješenje je u dizajniranju prototipa, 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 detektiraju razinu vode u kanalizaciji i koncentraciju plinova koji uključuju metan, ugljični monoksid, ugljični dioksid i dušikove okside. Podaci se prikupljaju na glavnu stanicu, koja komunicira s tim 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, time se premošćuje jaz između općinskih vlasti odgovornih za održavanje kanalizacije i odvoz smeća. Ugradnja ovih uređaja u cijelom gradu omogućit će preventivno rješenje za identifikaciju i točno određivanje mjesta začepljenog kanalizacijskog voda prije nego otpadna voda dospije na površinu.

Pribor

1. Ultrazvučni senzor - HC -SR04

2. Senzor plina - MQ -4

3. LoRa gateway - malina pi 3

4. LoRa modul - Semtech SX1272

5. ČvorMCU

6. Modul zujalice

7. 500mAh, 3,7V Li-ion baterija

Korak 1:

Za prvi prototip koristio sam tic-tac (kutija svježih metvica) kao kućište. Pričvršćivanje ultrazvučnih senzora izvedeno je na takav način da usmjeri Tx i Rx prema kanalizacijskom toku. Spajanje 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 bi sljedeći korak bio instaliranje knjižnica na naš NodeMCU.

Knjižnice Semtech LoRa modula možete pronaći na ovoj poveznici:

Da biste instalirali ovu biblioteku:

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

Kako bi ova knjižnica radila, vaš Arduino (ili bilo koju drugu 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 modul SX1272 radi na 3.3V i vjerojatno ne voli 5V na svojim 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 razine ili Arduino na 3,3 V. Pločica za procjenu Semtech ima 100 ohmskih otpornika u nizu sa svim podatkovnim linijama koje bi mogle spriječiti oštećenja, ali ne bih računao na to.

S primopredajnicima SX127x potreban je opskrbni napon između 1,8 V i 3,9 V. Tipično je korištenje napajanja od 3,3 V. Neki moduli imaju jedan pin za napajanje (poput HopeRF modula, označeni sa 3.3V), ali drugi izlažu više pinova za napajanje za različite dijelove (poput evaluacijske ploče Semtech 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 potrebno je izravno povezati: dakle 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 odabir) veza je malo fleksibilnija. Na SPI slave strani (primopredajnik) to mora biti spojeno na pin (tipično) označen kao 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 kada Arduino radi kao SPI rob, što ovdje nije slučaj. Koji god pin odaberete, morate knjižnici reći koji ste pin koristili kroz preslikavanje iglica (vidi dolje).

DIO (digitalni I/O) pinovi na primopredajnoj ploči mogu se konfigurirati za različite funkcije. Knjižnica LMIC koristi ih za dobivanje trenutnih informacija o statusu od primopredajnika. Na primjer, kada započne prijenos LoRa, pin DIO0 je konfiguriran kao izlaz TxDone. Kada je prijenos dovršen, primopredajnik visoko podiže pin DIO0, što može biti otkriveno u knjižnici LMIC. Knjižnici LMIC potreban je samo pristup DIO0, DIO1 i DIO2, ostale Pinox pinove možete ostaviti isključenima. Na strani Arduina, oni se mogu 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 preslikavanje na takav način da se svi potrebni prekidi preslikavaju na iste 2 pinove. Dakle, ako se koriste i LoRa i FSK načini, moraju biti spojena sva tri pina. Igle koje se koriste na Arduino strani trebaju biti konfigurirane u mapiranju pinova na vašoj skici (pogledajte dolje). Resetirajte primopredajnik ima pin za resetiranje koji se može koristiti za izričito resetiranje. Knjižnica LMIC to koristi kako bi osigurala da je čip u dosljednom stanju pri pokretanju. U praksi se ovaj pin može ostaviti isključenim jer će primopredajnik već biti u zdravom stanju pri uključivanju, ali njegovo spajanje može u nekim slučajevima spriječiti probleme. Na Arduino strani može se koristiti bilo koji I/O pin. Upotrijebljeni broj pina mora biti konfiguriran u mapiranju pinova (vidi dolje).

Primopredajnik sadrži dva odvojena antenska priključka: jedan za RX i jedan za TX. Tipična primopredajnička ploča sadrži čip prekidača antene koji omogućuje prebacivanje jedne antene između ovih RX i TX veza. Takav antenski prekidač obično se može reći u kojem bi položaju trebao biti putem ulaznog pina, često označenog s RXTX. Najjednostavniji način upravljanja antenskim prekidačem je korištenje RXTX pina na primopredajniku SX127x. Ovaj pin se automatski postavlja visoko tijekom TX -a, a nisko tijekom RX -a. Na primjer, čini se da ploče HopeRF imaju tu 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, evaluacijska ploča SX1272 poziva prvu FEM_CTX, a drugu RXTX. Opet, jednostavno povezivanje ovih spojnih žica najjednostavnije je 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 (vidi dolje). Nije sasvim jasno zašto ne bi htio da primopredajnik izravno upravlja antenom.

Korak 3: 3D ispis kućišta

Nakon što 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 oznakom razine vode omogućile su vlastima proaktivan pristup, uz sigurniji način rješavanja problema.