Sewer'Sway: 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

El procés actual de neteja de la xarxa de clavegueram és més reactiu que proactiu. Les trucades telefòniques es registren en cas de línia de clavegueram obstruïda en una zona. A més, és difícil que els escombriaires manuals es posin a zero en el punt d'error. Utilitzen el mètode de prova i prova per dur a terme el procés de neteja en múltiples clavegueres de la zona afectada, perdent molt de temps. A més, l’elevada concentració de gasos tòxics provoca irritabilitat, mals de cap, fatiga, infeccions sinusals, bronquitis, pneumònia, pèrdua de gana, mala memòria i marejos.

La solució és dissenyar un prototip, que és un petit dispositiu, amb un factor de forma d’un bolígraf, incrustat a la tapa d’un clavegueram. La secció inferior del dispositiu que s’exposa a l’interior del clavegueram mentre la tapa està tancada, consta de sensors que detecten el nivell d’aigua a l’interior del clavegueram i la concentració de gasos que inclouen metà, monòxid de carboni, diòxid de carboni i òxids de nitrogen. Les dades es recopilen a una estació principal, que es comunica amb aquests dispositius instal·lats a cada claveguera a través de LoRaWAN i envia les dades a un servidor al núvol, que allotja un tauler de control per a propòsits de supervisió. A més, això permet salvar la bretxa entre les autoritats municipals responsables del manteniment de clavegueram i la recollida d’escombraries. La instal·lació d’aquests dispositius a tota la ciutat permetrà una solució preventiva per identificar i identificar la ubicació de la línia de clavegueram obstruïda abans que les aigües residuals arribin a la superfície.

Subministraments

1. Sensor d'ultrasons - HC-SR04

2. Sensor de gas - MQ-4

3. Passarel·la LoRa: Raspberry pi 3

4. Mòdul LoRa - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Mòdul de timbre

7. 500 mAh, bateria de ions de Li de 3,7 V

Pas 1:

Per al primer prototip, vaig utilitzar un tic-tac (caixa de menta fresca) com a recinte. La fixació de sensors d'ultrasons es va fer de manera que apuntés la Tx i la Rx cap al flux de clavegueram. Les connexions al sensor d'ultrasons i al sensor de gas són molt fàcils. Només cal alimentar els sensors individuals i utilitzar qualsevol dels 8 pins digitals disponibles al NodeMCU per llegir dades. He dibuixat les connexions per a una millor comprensió.

Pas 2: familiarització amb SEMTECH SX1272

El nostre següent pas seria instal·lar les biblioteques al nostre NodeMCU.

Podeu trobar les biblioteques del mòdul Semtech LoRa en aquest enllaç:

Per instal·lar aquesta biblioteca:

• Instal·leu-lo mitjançant el gestor de biblioteques Arduino ("Sketch" -> "Inclou biblioteca" -> "Gestiona biblioteques …") o
• Baixeu-vos un fitxer zip des de github amb el botó "Descarregar ZIP" i instal·leu-lo amb l'IDE ("Sketch" -> "Inclou biblioteca" -> "Afegeix biblioteca. ZIP …"
• Cloneu aquest dipòsit de git a la carpeta de quaderns / llibreries.

Per fer funcionar aquesta biblioteca, el vostre Arduino (o qualsevol placa compatible amb Arduino que feu servir) hauria d’estar connectat al transceptor. Les connexions exactes depenen una mica de la placa de transceptor i de l’Arduino que s’utilitzi, de manera que aquesta secció intenta explicar per a què serveix cada connexió i en quins casos és (no) necessària.

Tingueu en compte que el mòdul SX1272 funciona a 3,3 V i probablement no li agrada 5 V als seus pins (tot i que el full de dades no diu res sobre això, i el meu transceptor no es va trencar òbviament després d’haver utilitzat E / S de 5 V durant unes hores). Per estar segur, assegureu-vos d'utilitzar un canvi de nivell o un Arduino que funcioni a 3,3 V. La placa d’avaluació Semtech té resistències de 100 ohm en sèrie amb totes les línies de dades que poden evitar danys, però no comptaria amb això.

Els transceptors SX127x necessiten una tensió d’alimentació entre 1,8V i 3,9V. És típic utilitzar un subministrament de 3,3 V. Alguns mòduls tenen un sol pin d'alimentació (com els mòduls HopeRF, etiquetats com a 3.3V), però d'altres exposen múltiples pins d'alimentació per a diferents parts (com la placa d'avaluació Semtech que té VDD_RF, VDD_ANA i VDD_FEM), que es poden connectar tots junts. Els pins GND han d'estar connectats als pins d'Arduino GND.

La forma principal de comunicar-se amb l’emissor-receptor és mitjançant SPI (Serial Peripheral Interface). Utilitza quatre pins: MOSI, MISO, SCK i SS. Els tres primers han d’estar connectats directament: de manera que MOSI a MOSI, MISO a MISO, SCK a SCK. Si aquests pins es troben al vostre Arduino varia, consulteu, per exemple, la secció "Connexions" de la documentació SPI d'Arduino. La connexió SS (esclau esclau) és una mica més flexible. Al costat esclau de l'SPI (el transceptor), s'ha de connectar al pin (normalment) amb l'etiqueta NSS. Al costat del mestre SPI (Arduino), aquest pin es pot connectar a qualsevol pin d'E / S. La majoria dels Arduinos també tenen un pin etiquetat com a "SS", però això només és rellevant quan l'Arduino funciona com a esclau SPI, cosa que no és el cas aquí. Sigui quin sigui el PIN que trieu, heu d’indicar a la biblioteca quin pin heu utilitzat mitjançant el mapatge de pins (vegeu més avall).

Els pins DIO (E / S digitals) de la placa transceptor es poden configurar per a diverses funcions. La biblioteca LMIC els utilitza per obtenir informació d’estat instantània del transceptor. Per exemple, quan s'inicia una transmissió LoRa, el pin DIO0 es configura com una sortida TxDone. Quan es completa la transmissió, el transceptor augmenta el pin DIO0, que pot ser detectat per la biblioteca LMIC. La biblioteca LMIC només necessita accés a DIO0, DIO1 i DIO2, els altres pins DIOx es poden deixar desconnectats. Al costat d'Arduino, es poden connectar a qualsevol pin d'E / S, ja que la implementació actual no utilitza interrupcions ni altres funcions especials de maquinari (tot i que això es podria afegir a la funció, vegeu també la secció "Temporització").

En mode LoRa, els pins DIO s'utilitzen de la següent manera:

• DIO0: TxDone i RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Mode FSK s'utilitzen de la següent manera:

• DIO0: PayloadReady i PacketSent
• DIO2: TimeOut

Els dos modes només necessiten 2 pins, però el transceiver no permet mapear-los de manera que tots els mapes d'interrupcions necessaris siguin als mateixos 2 pins. Per tant, si s’utilitzen els modes LoRa i FSK, cal connectar els tres pins. Els pins que s’utilitzen al costat d’Arduino s’han de configurar al mapatge de pins del vostre esbós (vegeu més avall). Restabliment El transceptor té un pin de restabliment que es pot utilitzar per restablir-lo explícitament. La biblioteca LMIC ho fa servir per assegurar-se que el xip es troba en un estat coherent a l’inici. A la pràctica, aquest pin es pot deixar desconnectat, ja que el transceptor ja estarà en bon estat en engegar-lo, però en connectar-lo pot evitar problemes en alguns casos. Al costat d'Arduino, es pot utilitzar qualsevol pin d'E / S. El número de PIN utilitzat s'ha de configurar al mapatge de pins (vegeu més avall).

El transceptor conté dues connexions d'antena separades: una per a RX i una per a TX. Una placa de transceptor típica conté un xip de commutador d’antena, que permet canviar una sola antena entre aquestes connexions RX i TX. A un commutador d’antena d’aquest tipus se li pot dir generalment quina posició hauria de ser a través d’un pin d’entrada, sovint etiquetat com a RXTX. La forma més senzilla de controlar l’interruptor de l’antena és fer servir el pin RXTX del transceptor SX127x. Aquest pin es configura automàticament com a alt durant TX i baix durant RX. Per exemple, les plaques HopeRF semblen tenir aquesta connexió al seu lloc, de manera que no exposen cap pin RXTX i el pin es pot marcar com a no utilitzat al mapatge de pins. Algunes taules exposen el pin del commutador d'antena i, de vegades, també el pin SX127x RXTX. Per exemple, el tauler d’avaluació SX1272 crida a l’anterior FEM_CTX i al segon RXTX. Una vegada més, simplement connectar-los amb un cable de pont és la solució més fàcil. Com a alternativa, o si el pin SX127x RXTX no està disponible, es pot configurar LMIC per controlar l’interruptor de l’antena. Connecteu el pin de control del commutador d’antena (per exemple, FEM_CTX a la placa d’avaluació Semtech) a qualsevol pin d’E / S del costat Arduino i configureu el pin utilitzat al mapa de pins (vegeu més avall). No està del tot clar per què no voldria que l’emissor-receptor controlés l’antena directament.

Pas 3: Impressió 3D d'un recinte

Un cop ho tenia tot en marxa, vaig decidir imprimir en 3D una funda per al mòdul per obtenir un disseny millor.

Amb el producte final a la mà, la instal·lació al forat de l’home i obtenir resultats en temps real en un tauler de control va ser fàcil. Els valors de la concentració de gas en temps real amb la indicació del nivell d’aigua van permetre a les autoritats un enfocament proactiu juntament amb una manera més segura d’abordar el problema.