Kloakvand: 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Den nuværende proces med rensning af kloakledninger er reaktiv snarere end proaktiv. Telefonopkald registreres i tilfælde af tilstoppet kloakledning i et område. Desuden er det svært for manuelle scavengers at nulstille på fejlpunktet. De bruger hit-and-trial metode til at udføre rengøringsprocessen i flere mandehuller i det berørte område og spilder meget tid. Derudover fører den høje koncentration af de giftige gasser til irritabilitet, hovedpine, træthed, sinusinfektioner, bronkitis, lungebetændelse, appetitløshed, dårlig hukommelse og svimmelhed.

Løsningen er at designe en prototype, som er en lille enhed - med en formfaktor af en pen - indlejret på låget på et mandehul. Den nederste del af enheden, som udsættes for indersiden af mandehullet, mens låget er lukket - består af sensorer, der registrerer vandniveauet inde i kloakken og koncentrationen af gasser, der omfatter metan, kulilte, kuldioxid og nitrogenoxider. Dataene indsamles til en masterstation, der kommunikerer med disse enheder installeret på hver mandehul over LoRaWAN, og sender dataene til en cloud -server, der er vært for et dashboard til overvågningsformål. Ydermere bygger dette kløften mellem kommunale myndigheder, der er ansvarlige for kloakvedligeholdelse og affaldsindsamling. Installation af disse enheder i hele byen vil gøre det muligt for en forebyggende løsning at identificere og præcisere placeringen af tilstoppet kloakledning, før spildevandet når overfladen.

Forbrugsvarer

1. Ultralydssensor - HC -SR04

2. Gassensor - MQ -4

3. LoRa gateway - Hindbær pi 3

4. LoRa -modul - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Summer -modul

7. 500mAh, 3.7V Li-ion batteri

Trin 1:

Til den første prototype brugte jeg en tic-tac (æske med friske mynter) som kabinet. Vedhæftningen af ultralydssensorer blev udført på en sådan måde, at den pegede Tx og Rx mod kloakstrømmen. Tilslutninger til ultralydssensoren og gassensoren er meget lette. Skal bare forsyne de enkelte sensorer og bruge en af de 8 digitale stifter, der er tilgængelige i NodeMCU, til at læse data. Jeg har trukket forbindelserne for bedre forståelse.

Trin 2: Lær at kende SEMTECH SX1272

Vores næste trin ville være at installere bibliotekerne på vores NodeMCU.

Du kan finde bibliotekerne til Semtech LoRa -modulet i dette link:

Sådan installeres dette bibliotek:

• Installer det ved hjælp af Arduino Library manager ("Skitse" -> "Inkluder bibliotek" -> "Administrer biblioteker …"), eller
• Download en zip -fil fra github ved hjælp af knappen "Download ZIP", og installer den ved hjælp af IDE ("Skitse" -> "Inkluder bibliotek" -> "Tilføj. ZIP -bibliotek …"
• Klon dette git -lager til din skitsebog/biblioteksmappe.

For at få dette bibliotek til at fungere, skal dit Arduino (eller hvilket som helst Arduino-kompatibelt kort, du bruger) være forbundet til transceiveren. De nøjagtige forbindelser er lidt afhængige af transceiverkortet og den anvendte Arduino, så dette afsnit forsøger at forklare, hvad hver forbindelse er til, og i hvilke tilfælde er det (ikke) påkrævet.

Bemærk, at SX1272 -modulet kører ved 3,3V og sandsynligvis ikke kan lide 5V på sine ben (selvom databladet ikke siger noget om dette, og min transceiver ikke åbenbart gik i stykker efter et uheld at have brugt 5V I/O i et par timer). For at være sikker skal du bruge en niveauskift eller en Arduino, der kører ved 3,3V. Semtech -evalueringskortet har 100 ohm modstande i serie med alle datalinjer, der kan forhindre skader, men det ville jeg ikke regne med.

SX127x -transceiverne har brug for en forsyningsspænding mellem 1,8V og 3,9V. Brug af en 3.3V forsyning er typisk. Nogle moduler har en enkelt strømstik (som HopeRF -modulerne, mærket 3.3V), men andre udsætter flere strømstifter til forskellige dele (som Semtech -evalueringskortet, der har VDD_RF, VDD_ANA og VDD_FEM), som alle kan forbindes sammen. Eventuelle GND -ben skal tilsluttes Arduino GND -stifterne.

Den primære måde at kommunikere med transceiveren er via SPI (Serial Peripheral Interface). Dette bruger fire ben: MOSI, MISO, SCK og SS. De tre tidligere skal forbindes direkte: så MOSI til MOSI, MISO til MISO, SCK til SCK. Hvor disse ben findes på din Arduino varierer, se f.eks. Afsnittet "Forbindelser" i Arduino SPI -dokumentationen. SS (slave select) -forbindelsen er lidt mere fleksibel. På SPI -slavesiden (transceiveren) skal denne forbindes til stiften (typisk) mærket NSS. På SPI master (Arduino) siden kan denne pin forbindes til en hvilken som helst I/O pin. De fleste Arduinoer har også en nål mærket "SS", men dette er kun relevant, når Arduino fungerer som en SPI -slave, hvilket ikke er tilfældet her. Uanset hvilken pin du vælger, skal du fortælle biblioteket, hvilken pin du brugte gennem pin -kortlægningen (se nedenfor).

DIO (digitale I/O) benene på transceiverkortet kan konfigureres til forskellige funktioner. LMIC -biblioteket bruger dem til at få øjeblikkelig statusinformation fra transceiveren. For eksempel, når en LoRa -transmission starter, er DIO0 -stiften konfigureret som en TxDone -udgang. Når transmissionen er fuldført, bliver DIO0 -stiften høj af transceiveren, som kan detekteres af LMIC -biblioteket. LMIC -biblioteket har kun brug for adgang til DIO0, DIO1 og DIO2, de andre DIOx -ben kan forlades frakoblet. På Arduino -siden kan de oprette forbindelse til en hvilken som helst I/O -pin, da den nuværende implementering ikke bruger afbrydelser eller andre specielle hardwarefunktioner (selvom dette kan tilføjes i funktionen, se også afsnittet "Timing").

I LoRa -tilstand bruges DIO -benene som følger:

• DIO0: TxDone og RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

FSK -tilstand de bruges som følger::

• DIO0: PayloadReady og PacketSent
• DIO2: TimeOut

Begge tilstande har kun brug for 2 ben, men tranceiveren tillader ikke at kortlægge dem på en sådan måde, at alle nødvendige afbryder kort til de samme 2 ben. Så hvis både LoRa og FSK modes bruges, skal alle tre ben forbindes. Stifterne, der bruges på Arduino -siden, skal konfigureres i stiftkortlægningen i din skitse (se nedenfor). Nulstil Transceiveren har en reset -pin, der kan bruges til eksplicit at nulstille den. LMIC -biblioteket bruger dette til at sikre, at chippen er i en konsistent tilstand ved opstart. I praksis kan denne pin forlades frakoblet, da transceiveren allerede vil være i fornuftig tilstand ved opstart, men tilslutning af den kan i nogle tilfælde forhindre problemer. På Arduino -siden kan enhver I/O -pin bruges. Pin -nummeret, der bruges, skal konfigureres i pin -mapping (se nedenfor).

Transceiveren indeholder to separate antenneforbindelser: En til RX og en til TX. Et typisk transceiverkort indeholder en antenne switch chip, der gør det muligt at skifte en enkelt antenne mellem disse RX og TX forbindelser. En sådan antenneomskifter kan typisk få at vide, hvilken position den skal være gennem en input -pin, ofte mærket RXTX. Den nemmeste måde at styre antennekontakten på er at bruge RXTX -stiften på SX127x -transceiveren. Denne pin sættes automatisk højt under TX og lav under RX. F.eks. Ser det ud til, at HopeRF -kortene har denne forbindelse på plads, så de ikke udsætter nogen RXTX -ben, og stiften kan markeres som ubrugt i stiftkortlægningen. Nogle kort viser antenneskifterstiften, og nogle gange også SX127x RXTX -stiften. For eksempel kalder SX1272 -evalueringskortet den tidligere FEM_CTX og sidstnævnte RXTX. Igen er simpelthen at forbinde disse sammen med en jumper wire den letteste løsning. Alternativt, eller hvis SX127x RXTX -stiften ikke er tilgængelig, kan LMIC konfigureres til at styre antennekontakten. Tilslut antennekontaktens kontrolpind (f.eks. FEM_CTX på Semtech -evalueringskortet) til en hvilken som helst I/O -pin på Arduino -siden, og konfigurer stiften, der bruges på stiftkortet (se nedenfor). Det er dog ikke helt klart, hvorfor transceiveren ikke vil styre antennen direkte.

Trin 3: 3D -udskrivning af et kabinet

Da jeg havde alt i gang, besluttede jeg at 3D -udskrive en kasse til modulet for et flottere design.

Med det endelige produkt i hånden var installation i mandehullet og opnå realtidsresultater på et instrumentbræt let. Gaskoncentrationsværdierne i realtid med vandstandsindikationen gav myndighederne mulighed for en proaktiv tilgang sammen med en sikrere måde at løse problemet på.