Alarma Inteligent De Humos: 7 Steps

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Gràcies al sw de Cayenne és possible construir equips molt avançats sense necessitat de programar res amb un aspecte gratament molt professional. Ademes, si sospitem la gran potencia de càlcul de la Raspberrry Pi, junt amb les seves grans possibilitats d’expansió i connectivitat, obtenim una gran combinació de maquinari i programari, el qual sense que ens permeti realitzar projectes realment interessants.

Sabem la gravedad que pot suponer un incendi, per lo que és sumament important disposar de mesures en els edificis per protegir-los contra l’acció del foc.

Detectant un temps un incendi aconseguit quatre coses:

• Lo mas important: salvar vidas humanas
• Minimitzar les pèrdues econòmiques potencialment produïdes pel foc.
• Conseguir que les activitats de l’edifici es puguen reanudar en el pla de temps més curt possible.
• Evitar generar més contaminació de tots els tipus al medi ambient produïts per la combustió de tot tipus de materials alguns altament tòxics

Es evidente que salvar vidas humanas es el fin principal y primero ante la detección de incendios, pero evitar perdidas económicas o reducir posible contaminación puede ser también buenas razones para poner un cuidado especial en los sistemas de detección contra incendios.

En aquest projecte volem intentar abordar el greu problema dels incendis des d’una perspectiva completament diferent utilitzant per a un Raspberry pi 2, un maquinari específic i el programari de Cayenne

Tradicionalment els detectors d’incendis difereixen en funció del principi d’activació siendo els més habituals els de Tipus ptptic basat en cèl·lules fotoelèctriques, les quals, a l’escurçar per l’hum o il·luminar per reflexió de la llum a les partícules de l’humor, disparant una sirenes o alarma.

Asimismo existeixen detectors de calor, els quals són els menys sensibles, posat que detecten l'última etapa del desenvolupament del foc encara que normalment tenen una major resistència a condicions mediambientals.

Aquest tipus de detectors es classifiquen en:

• Detectors térmicos: disparan un alarma al alcanzarse a una determinada temperatura fija en el ambiente.
• Detectors termovelocimétricos: disparan un senyal o alarma quan detecten un increment ràpid de la temperatura ambient, per aquest tipus de sensors son més adequats quan la temperatura ambient és baixa o variar lentament en condicions normals.
• Detectors de llama: es basen en la detecció de la radiació ultravioleta o infrarroja present en la combustió en els incendis. Usem en zones exteriors d’emmagatzematge, o per zones des que es pot propagar amb gran rapidesa un incendi amb flames (per la resposta més ràpida). Dada la seva incapacitat per detectar incendis sense cridar, això fa que no es considerin aquests detectors per a ús general.

La solució que proposa es basa en detectors ter micos al ser els més precisos, al que ha afegit per augmentar la fiabilitat i millorar la flexibilitat d’un doble sensor permetent d’aquesta manera poder modificar els paràmetres de distribució amb una enorme facilitat com vamos a ver aparte de poder transmetre la informació en múltiples formats i formes fins a mai vistes.

COMPONENTS NECESSARIS

Per muntar la solució proposada necessitem els següents elements:

• Zumbador de 5V
• DS18B20
• Resistència de 4k7 1/4 w
• Sensor de Co2 basat en MQ4
• Raspberry Pi 2 o superior
• Fuente 5V / 1A para el Rasberry Pi

Altres

• Cable de vermell
• Caixa de plàstic per contener el conjunt
• Cable de cinta (es pot reutilitzar un cable de cinta procedent d’un interfaz ide de disc)

Pas 1: Instal·lació Raspbian

La solució proposada es basa en utilitzar una Raspberry Pi i un petit maquinari de control que connectem al port de la GPIO, però, abans de començar amb el maquinari addicional, hauríem de fer-ho, encara que no ho hagi creat encara, generar una imatge de Raspbian per proporcionar un sistema operatiu a la Raspberry Pi.

Raspbian trae software preinstal·lat molt divers per a l'educació, programació i ús general, també amb Python, Scratch, Sonic Pi i Java

Per instal·lar Raspbian es pot instal·lar amb NOOBS o descarregar la imatge del SO des de la url oficial

Vemos que hay dos versiones:

• RASPBIAN JESSIE: Imagen de escritorio completo basado en Debian Jessie de mayo de 2016, publicada el 2016-05-27 i versió del nucli: 4.4
• RASPBIAN JESSIE LITE: versió mínima de la imatge basada a Debian Jessie de maig de 2016, publicada el 2016-05-27 i versió del nucli: 4.4

Obviament si la SD és suficientment gran, l’interessant es descarrega la primera opció, en el lloc d’utilitzar la versió mínima (Lite)

Una vegada descarregat la imatge corresponent en el seu ordinador segueix els següents passos:

1. Pot utilitzar la ranura per a tarjetes SD si vostè té suport en el seu PC (normalment hauria d’instal·lar un adaptador de SD a micro-usb) o bé utilitzar un adaptador usb a SD. Insereix la targeta SD en el lector de tarjetes SD del seu ordinador comprenent qualsevol com sigui la lletra d’unitat assignada. Es pot veure fàcilment la lletra de la unitat, mirant a la columna esquerra de l’Explorador de Windows.
2. Descarregueu la utilitat Win32DiskImager des de la pàgina del projecte en SourceForge com un arxiu zip.
3. Extraieu l’executable des de l’arxiu zip i executeu la utilitat Win32DiskImager (pot que tingueu que executar això com a administrador, per al qual tendrà que fer clic dret a l’arxiu i seleccionar Executar com a administrador).
4. Seleccioneu l’arxiu d’imatge que hagi extret anteriorment de Raspbian.
5. Seleccioneu amb molta cura letra de la unitat de la targeta SD (tingueu cura a seleccionar la unitat correcta pues si seleccioneu una altra unitat per error, això pot destruir els dades en el disc dur del seu ordinador)
6. Haga clic en Escribir y espere a que la escritura se complete.
7. Salga de l’administrador d’arxius i expulsar la targeta SD.

8. ! A terminado d'instal·lar el SO en el seu Raspberry Pi!

Pas 2: Prova d'Accés i Creació de Compte

Creada la iamgen del SO, ara debem inserir la micro-SD recién creada en el seu Raspberry Pi en l’adaptador de micro-sd que té en un lateral. També haurà de connectar-se amb un monitor per al connector HDMI, un teclat i ratolí en els connectors USB, un cable ethernet al router i finalment connectar l’alimentació de 5V DC per comprovar que el Raspberry Pi arranca amb la nova imatge

Per començar la configuració del seu Raspberry, el primer és crear una compte gratuït al portal cayenne-mydevices.com que servirà tant per entrar a la consola web com per validar-se en l’aplicació mòbil. Per a ell, vaya a la següent url https://www.cayenne-mydevices.com/ i introduir els següents dades:

• Nombre,
• Direcció de correu electrònic
• Una clau d'accés que utilitza per validar.

NOTA: les credencials que escriuen en aquest apartat tant poden accedir a través de web com per via de l’aplicació mòbil

Pas 3: Instal·lació Agent

Una vegada registrat, només tenim que elegir la plataforma per avançar en l'assistent. Obviament seleccionem en el nostre cas Raspberry Pi no es distingeix entre cap de les versions (ja que en tot cas en totes han de tenir instal·lat Raspbian).

Per avançar en l’assistència hauríem d’instal·lar Raspbian en la nostra Raspberry Pi que instal·lem en passos anteriors.

Conclòs l’assistent, el següent és instal·lar l’aplicació mòbil, que està disponible tant per a iOS com per a Android.

En cas d’Android és l’enllaç per a la seva descàrrega a Google Play.

És molt interessant destacar que des de l’aplicació per al telèfon intel·ligent es pot localitzar automàticament i instal·lar el software myDevices Cayenne en el seu Raspberry Pi, per al qual tots dos (smarphone i Raspberry Pi) han d’estar connectats a la mateixa vermella, per exemple el Raspberry Pi al router amb un cable ethernet y su samartphone a la wifi de su hogar (no funciona si està connectat per 3G o 4G).

Una vegada instal·lada l’app, quan hem introduït les nostres credencials, si està la Raspberry en la mateixa vermella i no té instal·lat l’agent, s’instal·la aquest automàticament.

Hi ha una altra opció d’instal·lar myDevices Cayenne al seu Raspberry Pi, utilitzant el Terminal al seu Pi o bé per SSH.

Tan només hi ha que executar els dos comandaments següents:

• wget
• sudo bash rpi_f0p65dl4fs.sh -v

NOTA: la instal·lació de l’agent en el seu Raspberry Pi per ordre, no és necessari. Solo es cita aquí en cas de problemes en el desplaçament automàtic des de l’aplicació mòbil.

Pas 4: Instal·lació del sensor de temperatura

Per poder fer de la nostra Raspberry Pi un detector eficaç d’incendis necessitem afegir sensors que ens permetin medir variables físiques de l’exterior, per conseqüència actuar posteriorment

En primer lloc s'ha optat per utilitzar el sensor DS18B20 creat per Dallas Semiconductor. Es tracta d’un termòmetre digital, amb una precisió que varia segons el model però que en tot cas és un component molt usat en molts projectes de registre de dades i control de temperatura.

Existen tres models, el DS1820, el DS18S20 i el DS18B20 però les seves principals diferències s’observen en l’exactitud de lectura, en la temperatura, i el temps de conversió que s’ha de donar al sensor per a la realització d’aquesta acció.

Cada sensor té un número de sèrie únic de 64 bits capturat en ell el que permet un gran nombre de sensors que s’utilitzaran en un autobús de dades.

La temperatura es obté en un format de mòdul i signe de nou bits. El bit més significatiu (MSB) correspon al signe i el bit menys significatiu té un pes de 0,5 ° C, el subsiguent en sentit creixent 1 ° C, el bit 2 estarà associat a 2 ° C, fins al bit 7 amb el seu pes serà 64 ° C. Per a la comparació amb els valors màxims i mínims només es produeixen 8 bits més significatius (inclosos al signe), descartant el 0,5 ° C.

El DS1820, té, a més, el número de sèrie i de la interfície d’un conductor, un circuit medidor de temperatura i dos registres que poden utilitzar com a alarmes de màxima i de mínima temperatura.

Internament compte amb un microprocessador, un per oscil·ladors de freqüència proporcional a la temperatura (un d’ells de freqüència proporcional a l’alta temperatura actua com a habilitació (porta) del conte de l’oscilador de freqüència proporcional a la baixa temperatura) i un circuit (Slope Accumulator) encargat de compensar les alinealitats de la variació de freqüència dels oscil·ladors amb la temperatura.

A los comandos tradicionales de los botones como: lectura de ROM, búsqueda de ROM, coincidencia de ROM, salteo de ROM, se acordan nuevos comandos por el autobús de un conductor, como convertir temperatura, leer, copiar o escribir la memoria temporal (scratchpad) y buscar alarmas (estas alarmas son comparadas con el valor de temperatura medido inmediatamente de terminada la medición, es decir que el flag de alarma será actualizado después de cada medición).

CONEXIÓ DEL DS18B20

El DS18B20 envia al bus I2C la informació de la temperatura exterior en graus C amb precisió 9-12 bits, -55C a 125C (+/- 0.5C).a.

Per aprofitar les ventasses de la detecció automàtica de Cayenne de sensors 1-wire, connectem aquest port 4 GPIO (PIN 7) donat que el DS1820 es transmet per protocol de sèrie 1-Wire

Asimisme és important connectar una resistència de 4k7 de pull-up en la línia de dades (és dir entre els pins 2 i 3 del DS18B20).

La alimentación del sensor la tomaremos desde cualquiera de las conexiones de + 5V de nuestra Raspberry (pines 2 o 4) i la connexió de massa per comoditat podem prendre-la del pin 9 de les Raspberry

¡Listo! Encienda su Raspeberry Pi y Cayenne detectarà automàticament el sensor DS18B20 i afegirà aquest panell de control

NOTA: És important resonar que els dispositius 1-Wire s’identifiquen mitjançant un número (ID) únic, raó per la que podríem connectar diversos en cascada, viatjant la senyal de tots ells per la mateixa línia de dades necessitant una única resistència de pull up per a tot el muntatge connectant-los tots en paral·lel (respetant els pins obviament). El programari s’encarregarà de “interrogar” al sensor / dispositiu adequat.

Pas 5: Instal·lació De Sensor De Co2

Per complementar el nostre detector ha afegit un detector de gasos basats en el circuit MQ4.

Es pot muntar un circuit amb el sensor, o bé es pot adquirir amb el sensor i el mòdul de disparo amb un led ja soldat, el qual pel seu baix cost és l’opció més recomanada.

Aquests mòduls permeten un mode dual de senyal de sortida, és a dir, amb dues salides diferenciades:

• Salida analògica
• Salida amb sensibilitat de nivell TTL (la sortida és a nivell alt si es detecta GLP, el gas, l’alcohol, l’hidrogen i més)

Aquests mòduls són ràpids a resposta i a la recuperació, amb una bona estabilitat i una vida llarga siendo ideals per a la detecció de fugues de gas a casa o fàbrica.

Aquests detectors són molt versàtils, podent utilitzar-se per a múltiples fins, detectant amb facilitat els següents gasos:

• Gas combustible com el GLP
• Butano
• Metano
• Alcohol
• Propà
• Hidrogeno
• Humo
• etc.

Algunes de les característiques del mòdul:

• Voltatge de funcionament: 5V DC
• Rango de detecció: 300 a 10000 ppm
• Salida TTL señal valida es baja
• Mides: 32X22X27mm

CONEXIONES

Per connectar el mòdul a la nostra Raspberry Pi, optarem per utilitzar el port GPIO18 (pin12) que connectarem a la sortida digital 2 del sensor (marcat com OUT).

La alimentación del sensor la tomaremos desde cualquiera de las dos conexiones de + 5V de nuestra Raspberry (pines 2 o 4) connectant-se al pin 4 del sensor (marcat com a + 5v) i la connexió de massa per comoditat podem prendre-la del pin 9 de les Raspberry connectant aquest al pin1 del detector (marcat com a GND)

Respecte a Cayenne haurem de configurar com una entrada genèrica com vamos a ver mas adelante.

PRUEBA DEL SENSOR

Per fer una prova ràpida de que el nostre sensor és funcional: simplement apuntar a uns cm del sensor amb un bot de desodorant (no importa la marca), només amb un només disparo cap al cos del sensor. En aquest moment hauria d'encendre el petit led que integra el sensor durant uns minuts per després apagar-se marcant d'aquesta forma que realment ha detectat el gas.

Ademas simultáneamente si podemos medir con un polímetro, veremos que el pin Out pasa a nivel alto, es decir pasa de 0V a unos 5V, volviendo a cero en cuanto se haya diluido el gas

Pas 6: Final de Zumbador Y Montaje

Ja tenim els dos sensors, així que encara que podem interaccionar davant les variacions de les lectures dels sensors enviant correus o enviant SMS's (com vem a veure en el següent pas), és molt interessant afegir també un avís auditiu que podem activar quan decidim.

Per als avisos acústics, el més senzill és utilitzar un simple zumbador de 5V que podem connectar directament a la nostra Raspberry Pi sense cap circuit auxiliar.

La connexió del positiu del zumbador normalment de color vermell, ho farem al GPIO 17 (pin 11) de la nostra Raspberry i la connexió de massa per comoditat podem prendre del pin 9 de les Raspberry connectant aquest al pin de massa del buzzer (de color negre))

Respecte a Cayenne haurem de configurar-lo com un actuador genèric com vamos a ver mas adelante en el següent pas.

En quant a les connexions donades les poquíssimes connexions dels dos sensors i el zumbador, el meu senzill, a mi juici, s’utilitza un cable de cinta de 20 + 20, que per exemple es pot obtenir d’un vell cable IDE dels usats per connectar antiguos discos duros cortándolo en la longitud que interés y conectando los cables a los sensores y al zumbador (observe que és molt important respectar l’ordenació dels pins del cable siendo el rojo el pin 1 y cuenta correlativamente).

El següent resum indica totes les connexions realitzades:

CABLE DE CINTA UTILITZACIÓ

• pin9 (Gnd) pin1 DS1820, pin1 MQ4,
• pin 7 (GPIO4) pin 2 DS1820, resistencia 4k7
• pin1 (+ 5V) pin 3 DS1820, resistencia 4k7, pin4 MQ4, zumbador de cable rojo
• pin 12 (GPIO18) pin2 MQ4
• zumbador de cable negre pin11 (GPIO17)

Pas 7: Configuració de Cayenne

Montado el circuito y nuestro Rasberry corriendo con Rasbian y el agente Cayenne, únicament ens queda configurar el sensor de gas i el buzzzer així com les condicions o esdeveniments que faran que disparen els avisos

Del sensor DS1820 no parlem precisament perquè estarem connectats al bus one wire, l’agent de Cayenne detectarà automàticament directament sobre l’escriptori sense necessitat de cap acció més.

SENSOR DE CONFIGURACIÓ DE GAS

Dado que no existeix un sensor de estas características en la consola de Cayenne, el més senzill és configurar-se com a entrada genèrica del tipus Digital Input y subtipo SigitalSensor.

Si ha seguit el circuit proposat, els valors proposats que haurien de configurar els següents

• Nom del widget: entrada digital
• Giny: gràfic
• Nombre de decimals: 0

En l’apartat "Configuració del dispositiu" es plantegen:

• Seleccioneu GPIO: GPIO integrat
• Seleccioneu Canal: Canal 18
• Inverteix la lògica: comprova activat

Obviament afegirem aquests valors i pulsarem sobre el botó "save" per fer efectiva aquesta configuració

CONFIGURACION ZUMBADORDado que no existe un zumbador com tal en la consola de caiena, el més senzill és configurar com a sortida genèrica del tipus RelaySwitch. Si ha seguit el circuit proposat, els valors proposats que haurien de configurar els següents

• Nom del widget: brunzidor
• Trieu Widget: botó
• Trieu la icona: Llum
• Nombre de decimals: 0

En l’apartat "Configuració del dispositiu" es plantegen:

• Seleccioneu GPIO: GPIO integrat
• Seleccioneu Canal: Canal 17
• Inverteix la lògica: comprova si està desactivat

Obviament afegirem aquests valors i pulsarem sobre el botó "save" per fer efectiva aquesta configuració

TRIGGERSSi ha seguit tots els passos anteriors tendrem a la consola de Cayenne la nostra placa Rasberry Pi amb la informació en temps real de la temperatura o detecció de gas i fins i tot un botó que ens permet activar o desactivar a voluntat el zumbador.

Ademas por si fuera poco gracias a la aplicación móvil, también podemos ver en esta en tiempo real lo que están captando los sensores que hemos instalado y por supuesto activar o desactivar si lo deseamos el zumbador..

Però tot i que el resultat és espectacular encara queda una característica per al dispositiu intel·ligent: es pot interaccionar davant els esdeveniments d’una forma lògica, el que ho farem a través dels triggers, els quals no ens permetran desencadenar accions abans dels canvis en les variables medidas por los sensores.

A l'hora de definir triggers en Cayenne podem fer-ho tant desencadenat accions com poden enviar-se corresponents de notificacions o enviament de SMS's als destinataris acordats o bé actuar sobre les salides.

Per definir un disparador en myTriggers, premeu "New Trigger" i presentem dues parts:

• SI; aqui arrastraemos el desecadenante, lo cual necesarioiamene siempre sera la lectura de un sensor (en el meu cas el termometre o el detector de gas)
• THEN: aqui definiremos lo que queremos que se ejecute cuando se cumpla la condición del IF. Com es poden comentar podem actuar per dues vies: es pot activar / desactivar el nostre actuador (el buzzer) o també enviar correus o SMS's

Com es poden definir els següents activadors:

• IF DS1820 <42º THEN RELE (canal17) = OFF
• IF Channel18 = ON THEN RELE (channel17) = ON
• IF Channel18 = ON THEN Enviar correu electrònic a …
• IF DS2820> 90º DESPRÉS Envia un correu electrònic a..
• etc.

És obvi que les possibilitats son infinites (i les millors d’aquest projecte també), però des de llavors un circuit així és indudable la gran utilitat que pot tenir.¿Se anima a replicarlo?