Viemäröinti: 3 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Nykyinen viemäriputkien puhdistusprosessi on pikemminkin reaktiivinen kuin ennakoiva. Puhelut rekisteröidään, jos viemäriputki on tukossa alueella. Lisäksi manuaalisten pyyhkäisijöiden on vaikea nollata virhepisteeseen. He käyttävät hit-and-trial -menetelmää puhdistusprosessin suorittamiseen useissa kaivoissa vaurioituneella alueella tuhlaamalla paljon aikaa. Lisäksi myrkyllisten kaasujen korkea pitoisuus aiheuttaa ärtyneisyyttä, päänsärkyä, väsymystä, poskiontelotulehduksia, keuhkoputkentulehdusta, keuhkokuumetta, ruokahaluttomuutta, huonoa muistia ja huimausta.

Ratkaisu on suunnitella prototyyppi, joka on pieni laite - jossa on kynän muoto - upotettuna kaivon kanteen. Laitteen alaosa, joka altistuu luukun sisäpuolelle, kun kansi on suljettu - koostuu antureista, jotka havaitsevat viemärin sisällä olevan veden tason ja kaasujen pitoisuuden, jotka sisältävät metaania, hiilimonoksidia, hiilidioksidia ja typpioksidia. Tiedot kerätään isäntäasemalle, joka kommunikoi näiden laitteiden kanssa, jotka on asennettu kuhunkin kaivoon LoRaWANin kautta, ja lähettää tiedot pilvipalvelimelle, joka isännöi kojelautaa valvontatarkoituksiin. Lisäksi tämä siltaa kuilua viemärien kunnossapidosta ja jätehuollosta vastaavien viranomaisten välillä. Näiden laitteiden asentaminen koko kaupunkiin mahdollistaa ennaltaehkäisevän ratkaisun, joka tunnistaa ja määrittää tukkeutuneen viemärijohdon sijainnin ennen jäteveden pääsyä pintaan.

Tarvikkeet

1. Ultraäänianturi - HC -SR04

2. Kaasuanturi - MQ -4

3. LoRa -yhdyskäytävä - Vadelma pi 3

4. LoRa -moduuli - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. summeri -moduuli

7. 500 mAh, 3,7 V litiumioniakku

Vaihe 1:

Ensimmäisessä prototyypissä käytin kotelona tic-tacia (tuoreiden rahapajojen laatikko). Ultraäänianturien kiinnitys tehtiin siten, että Tx ja Rx osoittivat viemärivirtausta kohti. Liitäntä ultraäänianturiin ja kaasuanturiin on erittäin helppoa. Sinun tarvitsee vain syöttää virtaa yksittäisille antureille ja käyttää mitä tahansa 8: sta NodeMCU: ssa saatavilla olevasta digitaalisesta nastasta tietojen lukemiseen. Olen piirtänyt yhteyksiä ymmärtääkseni paremmin.

Vaihe 2: Tutustu SEMTECH SX1272: een

Seuraava askel olisi kirjastojen asentaminen NodeMCU -laitteeseemme.

Löydät Semtech LoRa -moduulin kirjastot tästä linkistä:

Tämän kirjaston asentaminen:

• Asenna se Arduino -kirjastonhallinnan avulla ("Sketch" -> "Include Library" -> "Manage Libraries…") tai
• Lataa zip -tiedosto githubista Download ZIP -painikkeella ja asenna se IDE: llä ("Sketch" -> "Include Library" -> "Add. ZIP Library…"
• Kloonaa tämä git -arkisto luonnoskirja-/kirjastokansioon.

Jotta tämä kirjasto toimisi, Arduino (tai mikä tahansa käyttämäsi Arduino-yhteensopiva kortti) on liitettävä lähetin-vastaanottimeen. Tarkat liitännät ovat hieman riippuvaisia käytetystä lähetin -vastaanotinkortista ja Arduinosta, joten tässä osassa yritetään selittää, mihin kukin yhteys on tarkoitettu ja missä tapauksissa se (ei) vaadita.

Huomaa, että SX1272 -moduuli toimii 3,3 V: n jännitteellä eikä todennäköisesti pidä 5 V: n nastoista (vaikka tietolomake ei kerro mitään tästä, ja lähetinvastaanottimeni ei ilmeisesti rikkoutunut 5 V: n I/O: n vahingossa käyttämisen jälkeen muutaman tunnin ajan). Turvallisuuden vuoksi varmista, että käytät tasonsäädintä tai Arduinoa, joka toimii 3,3 V: n jännitteellä. Semtech -arviointikortissa on 100 ohmin vastukset sarjaan, ja kaikki tietolinjat voivat estää vaurioita, mutta en luottaisi siihen.

SX127x -lähetinvastaanottimet tarvitsevat 1,8 - 3,9 V: n syöttöjännitteen. Tyypillistä on käyttää 3,3 V: n syöttöä. Joissakin moduuleissa on yksi virtatappi (kuten HopeRF -moduulit, joissa on merkintä 3,3 V), mutta toisissa on useita eri tappeja eri osille (kuten Semtech -arviointikortti, jossa on VDD_RF, VDD_ANA ja VDD_FEM), jotka kaikki voidaan liittää yhteen. Kaikki GND -nastat on liitettävä Arduinon GND -nastoihin.

Ensisijainen tapa kommunikoida lähetin -vastaanottimen kanssa on SPI (Serial Peripheral Interface). Tässä käytetään neljää nastaa: MOSI, MISO, SCK ja SS. Edelliset kolme on kytkettävä suoraan: joten MOSI - MOSI, MISO - MISO, SCK - SCK. Jos nämä nastat sijaitsevat Arduino -laitteessasi, vaihtelevat, katso esimerkiksi Arduino SPI -dokumentaation "Yhteydet" -osa. SS (slave select) -liitäntä on hieman joustavampi. SPI -orjapuolella (lähetinvastaanotin) tämä on liitettävä nastaan (tyypillisesti) NSS. SPI -master (Arduino) -puolella tämä nasta voi muodostaa yhteyden mihin tahansa I/O -nastaan. Useimmissa Arduinoissa on myös nasta, jossa on merkintä "SS", mutta tämä on merkityksellistä vain silloin, kun Arduino toimii SPI -orjana, mikä ei ole tässä tapauksessa. Valitsit minkä tahansa nastan, sinun on kerrottava kirjastolle, mitä tappia käytit tapin kartoituksen kautta (katso alla).

Lähetin -vastaanotinkortin DIO -liittimet (digitaaliset I/O) voidaan konfiguroida eri toimintoja varten. LMIC -kirjasto käyttää niitä saadakseen välittömät tilatiedot lähetin -vastaanottimelta. Esimerkiksi kun LoRa -lähetys käynnistyy, DIO0 -nasta määritetään TxDone -lähdöksi. Kun lähetys on valmis, lähetin -vastaanotin nostaa DIO0 -nastan korkealle, minkä LMIC -kirjasto voi havaita. LMIC -kirjasto tarvitsee vain DIO0-, DIO1- ja DIO2 -käyttöoikeudet, muut DIOx -nastat voidaan jättää irrottamatta. Arduinon puolella ne voivat muodostaa yhteyden mihin tahansa I/O -nastaan, koska nykyinen toteutus ei käytä keskeytyksiä tai muita erityisiä laitteisto -ominaisuuksia (vaikka tämä voidaan lisätä ominaisuuteen, katso myös "Ajoitus" -osa).

LoRa -tilassa DIO -nastoja käytetään seuraavasti:

• DIO0: TxDone ja RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

FSK -tilassa niitä käytetään seuraavasti:

• DIO0: PayloadReady ja PacketSent
• DIO2: aikakatkaisu

Molemmat tilat tarvitsevat vain 2 nastaa, mutta tranceiver ei salli niiden kartoittamista niin, että kaikki tarvittavat keskeytykset muodostavat kartan samaan 2 nastaan. Joten jos käytetään sekä LoRa- että FSK -tilaa, kaikki kolme nastaa on kytkettävä. Arduinon puolella käytetyt nastat on määritettävä luonnoksesi nastakartoituksessa (katso alla). Nollaa Lähetinvastaanottimessa on nollausnasta, jolla voidaan nollata se selkeästi. LMIC -kirjasto käyttää tätä varmistaakseen, että siru on johdonmukaisessa tilassa käynnistyksen yhteydessä. Käytännössä tämä nasta voidaan jättää irrottamatta, koska lähetin-vastaanotin on jo järkevässä tilassa käynnistettäessä, mutta sen liittäminen voi joissakin tapauksissa estää ongelmia. Arduinon puolella voidaan käyttää mitä tahansa I/O -nastaa. Käytettävä nastan numero on määritettävä nastakartoituksessa (katso alla).

Lähetinvastaanotin sisältää kaksi erillistä antenniliitäntää: yksi RX: lle ja toinen TX: lle. Tyypillinen lähetin -vastaanotinkortti sisältää antennikytkinsirun, joka mahdollistaa yhden antennin vaihtamisen näiden RX- ja TX -liitäntöjen välillä. Tällaiselle antennikytkimelle voidaan tyypillisesti kertoa, missä asennossa sen pitäisi olla, syöttötapin kautta, usein merkitty RXTX: llä. Helpoin tapa ohjata antennikytkintä on käyttää RXTX -nastaa SX127x -lähetinvastaanottimessa. Tämä tappi asetetaan automaattisesti korkealle lähetyksen aikana ja matala vastaanoton aikana. Esimerkiksi HopeRF -levyillä näyttää olevan tämä liitäntä paikallaan, joten ne eivät paljasta RXTX -nastoja ja tappi voidaan merkitä käyttämättömäksi nastakartoituksessa. Jotkut levyt paljastavat antennikytkimen nastan ja joskus myös SX127x RXTX -tapin. Esimerkiksi SX1272 -arviointitaulu kutsuu entisen FEM_CTX: ksi ja jälkimmäisen RXTX: ksi. Jälleen yksinkertaisesti yhdistämällä ne yhteen hyppyjohdolla on helpoin ratkaisu. Vaihtoehtoisesti tai jos SX127x RXTX -tappi ei ole käytettävissä, LMIC voidaan konfiguroida ohjaamaan antennikytkintä. Liitä antennikytkimen ohjaustappi (esim. FEM_CTX Semtech -arviointikortilla) mihin tahansa I/O -nastaan Arduinon puolella ja määritä nastakartassa käytettävä tappi (katso alla). On kuitenkin epäselvää, miksi lähetin -vastaanotin ei halua ohjata antennia suoraan.

Vaihe 3: Kotelon 3D -tulostus

Kun olin saanut kaiken valmiiksi, päätin tulostaa 3D -kotelon moduulille paremman ulkonäön saavuttamiseksi.

Kun lopputuote oli käsillä, asennus ihmisen reikään ja reaaliaikaisten tulosten saaminen kojelaudalle oli helppoa. Reaaliaikaiset kaasupitoisuusarvot ja vedenpinnan osoitus mahdollistivat viranomaisten ennakoivan lähestymistavan sekä turvallisemman tavan ratkaista ongelma.