Odtok kanalizacije: 3 koraki

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

Trenutni postopek čiščenja kanalizacijskega voda je reaktiven in ne proaktiven. Telefonski klici se registrirajo v primeru zamašitve kanalizacijskega voda na določenem območju. Poleg tega je ročnim čistilcem težko doseči ničlo na točki napake. Za čiščenje več jaškov na prizadetem območju uporabljajo metodo hit-and-trial, s čimer izgubijo veliko časa. Poleg tega visoka koncentracija strupenih plinov vodi v razdražljivost, glavobole, utrujenost, okužbe sinusov, bronhitis, pljučnico, izgubo apetita, slab spomin in omotico.

Rešitev je v oblikovanju prototipa, ki je majhna naprava - s faktorjem oblike peresa - vgrajena v pokrov jaška. Spodnji del naprave, ki je ob zaprtem pokrovu izpostavljen notranjosti jaška, je sestavljen iz senzorjev, ki zaznavajo nivo vode v kanalizaciji in koncentracijo plinov, ki vključujejo metan, ogljikov monoksid, ogljikov dioksid in dušikove okside. Podatki se zbirajo na glavni postaji, ki komunicira s temi napravami, nameščenimi na vsakih jaških prek LoRaWAN -a, in jih pošilja v strežnik v oblaku, ki za namene spremljanja gosti nadzorno ploščo. Poleg tega s tem premostimo vrzel med občinskimi oblastmi, ki so odgovorne za vzdrževanje kanalizacije in odvoz smeti. Namestitev teh naprav po mestu bo omogočila preventivno rešitev za identifikacijo in natančno določitev lokacije zamašenega kanalizacijskega voda, preden odpadna voda pride na površje.

Zaloge

1. Ultrazvočni senzor - HC -SR04

2. Senzor za plin - MQ -4

3. LoRa prehod - malina pi 3

4. Modul LoRa - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Zvočni modul

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

Korak 1:

Za prvi prototip sem kot ohišje uporabil tic-tac (škatla svežih kovnic). Pritrditev ultrazvočnih senzorjev je bila izvedena tako, da sta Tx in Rx usmerjena proti kanalizacijskemu toku. Priključitev na ultrazvočni senzor in senzor za plin sta zelo enostavni. Potrebno je samo napajati posamezne senzorje in za branje podatkov uporabiti katerega koli od 8 digitalnih zatičev, ki so na voljo v NodeMCU. Povezal sem povezave za boljše razumevanje.

2. korak: Spoznajte SEMTECH SX1272

Naš naslednji korak bi bil namestitev knjižnic na naš NodeMCU.

Knjižnice v modulu Semtech LoRa najdete na tej povezavi:

Če želite namestiti to knjižnico:

• Namestite ga z upraviteljem knjižnice Arduino ("Sketch" -> "Include Library" -> "Manage Libraries …") ali
• Prenesite zip datoteko iz github -a z gumbom "Prenesi ZIP" in jo namestite z IDE ("Sketch" -> "Include Library" -> "Add. ZIP Library …"
• Klonirajte to skladišče git v mapo sketchbook/libraries.

Če želite, da bo ta knjižnica delovala, je treba vaš Arduino (ali katero koli ploščo, združljivo z Arduino, ki jo uporabljate) priključiti na oddajnik. Natančne povezave so nekoliko odvisne od oddajniške plošče in uporabljenega Arduina, zato v tem razdelku poskušamo pojasniti, čemu je namenjena vsaka povezava in v katerih primerih (ni) potrebna.

Upoštevajte, da modul SX1272 deluje pri 3.3V in verjetno ne mara 5V na svojih zatičih (čeprav podatkovni list o tem ne pove ničesar, moj oddajnik pa se očitno ni polomil, ko je nekaj ur pomotoma uporabil 5V V/I). Zaradi varnosti uporabite menjalnik nivoja ali Arduino, ki deluje pri 3.3V. Ocenjevalna plošča Semtech ima zaporedje 100 ohmskih uporov z vsemi podatkovnimi linijami, ki bi lahko preprečile poškodbe, vendar na to ne bi računal.

Oddajniki SX127x potrebujejo napajalno napetost med 1,8 V in 3,9 V. Značilno je, da uporabljate napajalnik 3.3V. Nekateri moduli imajo en sam napajalni zatič (kot so moduli HopeRF z oznako 3.3V), drugi pa izpostavljajo več napajalnih zatičev za različne dele (na primer ocenjevalna plošča Semtech, ki ima VDD_RF, VDD_ANA in VDD_FEM), ki jih je mogoče povezati skupaj. Vse zatiče GND je treba povezati z nožicami Arduino GND.

Primarni način komunikacije z oddajnikom je prek SPI (Serial Peripheral Interface). Ta uporablja štiri zatiče: MOSI, MISO, SCK in SS. Prve tri je treba neposredno povezati: torej MOSI na MOSI, MISO na MISO, SCK na SCK. Kjer se ti zatiči na vašem Arduinu razlikujejo, si oglejte na primer razdelek »Povezave« v dokumentaciji Arduino SPI. Povezava SS (izbira podrejenega) je nekoliko bolj prilagodljiva. Na pomožni strani SPI (oddajnik) mora biti ta priključen na nožico (običajno) z oznako NSS. Na strani SPI master (Arduino) se ta pin lahko poveže s katerim koli V/I pinom. Večina Arduinov ima tudi zatič z oznako "SS", vendar je to pomembno le, če Arduino deluje kot podrejen SPI, kar v tem primeru ne velja. Ne glede na pin, ki ga izberete, morate knjižnici povedati, kateri pin ste uporabili s preslikavo pin (glejte spodaj).

Zatiči DIO (digitalni V/I) na oddajniški plošči se lahko konfigurirajo za različne funkcije. Knjižnica LMIC jih uporablja za takojšnje pridobivanje informacij o stanju od oddajnika. Na primer, ko se začne prenos LoRa, je pin DIO0 konfiguriran kot izhod TxDone. Ko je prenos končan, oddajnik dvigne pin DIO0, kar lahko zazna knjižnica LMIC. Knjižnica LMIC potrebuje le dostop do DIO0, DIO1 in DIO2, ostale zatiče DIOx lahko pustite odklopljene. Na strani Arduino se lahko povežejo s katerim koli vhodno/izhodnim zatičem, saj trenutna izvedba ne uporablja prekinitev ali drugih posebnih funkcij strojne opreme (čeprav je to mogoče dodati v funkcijo, glejte tudi razdelek »Časovna razporeditev«).

V načinu LoRa se zatiči DIO uporabljajo na naslednji način:

• DIO0: TxDone in RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Način FSK se uporabljajo na naslednji način:

• DIO0: PayloadReady in PacketSent
• DIO2: TimeOut

Oba načina potrebujeta le 2 zatiča, vendar transiver ne dovoljuje preslikave na tak način, da bi vse potrebne prekinitve preslikale na ista 2 zatiča. Če torej uporabljate oba načina LoRa in FSK, morajo biti povezani vsi trije zatiči. Zatiči, ki se uporabljajo na strani Arduino, morajo biti konfigurirani v preslikavi zatičev na vaši skici (glejte spodaj). Ponastavi Oddajnik ima pin za ponastavitev, ki ga lahko uporabite za izrecno ponastavitev. Knjižnica LMIC to uporablja za zagotovitev, da je čip v doslednem stanju ob zagonu. V praksi lahko ta zatič pustite odklopljen, saj bo oddajnik že pri vklopu že v normalnem stanju, vendar lahko njegova povezava v nekaterih primerih prepreči težave. Na strani Arduino lahko uporabite kateri koli V/I pin. Uporabljeno številko pina je treba konfigurirati v preslikavi pinov (glej spodaj).

Oddajnik vsebuje dve ločeni antenski povezavi: eno za RX in eno za TX. Tipična oddajna plošča vsebuje čip antenskega stikala, ki omogoča preklapljanje ene same antene med temi RX in TX povezavami. Takšnemu preklopniku antene je običajno mogoče povedati, v kakšnem položaju bi moral biti prek vhodnega zatiča, pogosto označenega z RXTX. Najlažji način za upravljanje antenskega stikala je uporaba zatiča RXTX na oddajniku SX127x. Ta pin se samodejno nastavi visoko med TX in nizko med RX. Na primer, zdi se, da imajo plošče HopeRF to povezavo, zato ne izpostavljajo nobenih zatičev RXTX, pin pa je lahko označen kot neuporabljen pri preslikavi pinov. Nekatere plošče razkrivajo pin za preklop antene, včasih pa tudi pin SX127x RXTX. Ocenjevalna plošča SX1272 na primer pokliče prvo FEM_CTX, drugo pa RXTX. Tudi to, da jih preprosto povežete s skakalno žico, je najlažja rešitev. Druga možnost je, ali če pin SX127x RXTX ni na voljo, lahko LMIC konfigurirate za upravljanje antenskega stikala. Krmilni zatič antenskega stikala (npr. FEM_CTX na ocenjevalni plošči Semtech) priključite na kateri koli V/I pin na strani Arduino in konfigurirajte zatič, uporabljen na zemljevidu pin (glejte spodaj). Ni povsem jasno, zakaj ne bi želel, da oddajnik neposredno upravlja anteno.

3. korak: 3D tiskanje ohišja

Ko sem vse pripravil, sem se odločil, da 3D natisnem ohišje modula za lepši videz.

S končnim izdelkom v roki je bila namestitev v odprtino in pridobivanje rezultatov v realnem času na armaturni plošči enostavna. Vrednosti koncentracije plina v realnem času z indikacijo nivoja vode so pristojnim organom omogočile proaktiven pristop in varnejši način za reševanje problema.