Avloppsväg: 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:39

Den nuvarande processen för rengöring av avloppsledningar är reaktiv snarare än proaktiv. Telefonsamtal registreras vid täppt avloppsledning i ett område. Dessutom är det svårt för manuella åtsugare att nollställa på felpunkten. De använder hit-and-trial-metoden för att utföra rengöringsprocessen i flera manhål i det drabbade området, vilket slösar bort mycket tid. Dessutom leder den höga koncentrationen av de giftiga gaserna till irritabilitet, huvudvärk, trötthet, bihåleinflammation, bronkit, lunginflammation, aptitlöshet, dåligt minne och yrsel.

Lösningen är att designa en prototyp, som är en liten enhet - med en formfaktor av en penna - inbäddad på locket på ett brunn. Den nedre delen av enheten som exponeras för insidan av brunnshålet medan locket är stängt - består av sensorer som detekterar vattennivån i avloppet och koncentrationen av gaser som inkluderar metan, kolmonoxid, koldioxid och kväveoxider. Data samlas in till en masterstation, som kommunicerar med dessa enheter installerade vid varje brunn över LoRaWAN, och skickar data till en molnserver, som är värd för en instrumentpanel för övervakningsändamål. Dessutom överbryggar detta klyftan mellan kommunala myndigheter som ansvarar för avloppsunderhåll och sophämtning. Installation av dessa enheter i hela staden gör det möjligt för en förebyggande lösning att identifiera och identifiera platsen för igensatt avloppsledning innan avloppsvattnet når ytan.

Tillbehör

1. Ultraljudssensor - HC -SR04

2. Gassensor - MQ -4

3. LoRa gateway - Hallon pi 3

4. LoRa -modul - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Summer -modul

7. 500mAh, 3.7V Li-ion batteri

Steg 1:

För den första prototypen använde jag en tic-tac (låda med färska myntor) som hölje. Fästningen av ultraljudssensorer gjordes på ett sådant sätt att Tx och Rx riktades mot avloppsflödet. Anslutningar till ultraljudssensorn och gassensorn är mycket enkla. Behöver bara driva de enskilda sensorerna och använda någon av de åtta digitala stiften som finns i NodeMCU för att läsa data. Jag har dragit kopplingarna för bättre förståelse.

Steg 2: Bekanta dig med SEMTECH SX1272

Vårt nästa steg skulle vara att installera biblioteken på vår NodeMCU.

Du hittar biblioteken till Semtech LoRa -modulen i denna länk:

Så här installerar du det här biblioteket:

• Installera det med Arduino -bibliotekshanteraren ("Skiss" -> "Inkludera bibliotek" -> "Hantera bibliotek …"), eller
• Ladda ner en zip -fil från github med knappen "Ladda ner ZIP" och installera den med IDE ("Skiss" -> "Inkludera bibliotek" -> "Lägg till. ZIP -bibliotek …"
• Klona detta git -arkiv i mappen skissbok/bibliotek.

För att få detta bibliotek att fungera bör din Arduino (eller vilken Arduino-kompatibel kort du använder) vara ansluten till transceivern. De exakta anslutningarna är lite beroende av transceiverkortet och Arduino som används, så det här avsnittet försöker förklara vad varje anslutning är till för och i vilka fall det (inte) krävs.

Observera att SX1272 -modulen körs på 3,3V och sannolikt inte gillar 5V på stiften (även om databladet inte säger något om detta, och min transceiver gick uppenbarligen inte sönder efter att ha använt 5V I/O av misstag i några timmar). För att vara säker, se till att använda en nivåväxel, eller en Arduino som körs på 3.3V. Semtech utvärderingskort har 100 ohm motstånd i serie med alla datalinjer som kan förhindra skador, men jag skulle inte räkna med det.

SX127x -transceivrarna behöver en matningsspänning mellan 1,8V och 3,9V. Att använda en 3,3V -strömförsörjning är typiskt. Vissa moduler har en enda strömstift (som HopeRF -modulerna, märkta 3.3V), men andra exponerar flera strömstift för olika delar (som Semtech -utvärderingskortet som har VDD_RF, VDD_ANA och VDD_FEM), som alla kan anslutas tillsammans. Eventuella GND -stift måste anslutas till Arduino GND -stiften.

Det primära sättet att kommunicera med transceivern är via SPI (Serial Peripheral Interface). Detta använder fyra stift: MOSI, MISO, SCK och SS. De tre tidigare måste anslutas direkt: så MOSI till MOSI, MISO till MISO, SCK till SCK. Var dessa stift sitter på din Arduino varierar, se till exempel avsnittet "Anslutningar" i Arduino SPI -dokumentationen. SS -anslutningen (slavval) är lite mer flexibel. På SPI -slavsidan (transceivern) måste denna anslutas till stiftet (vanligtvis) märkt NSS. På SPI -master (Arduino) -sidan kan denna pin anslutas till valfri I/O -pin. De flesta Arduinos har också en stift märkt "SS", men detta är bara relevant när Arduino fungerar som en SPI -slav, vilket inte är fallet här. Oavsett vilken pin du väljer måste du berätta för biblioteket vilken pin du använde genom pin -mappningen (se nedan).

DIO -stiften (digitala I/O) på transceiverkortet kan konfigureras för olika funktioner. LMIC -biblioteket använder dem för att få omedelbar statusinformation från sändtagaren. Till exempel, när en LoRa -överföring startar, konfigureras DIO0 -stiftet som en TxDone -utgång. När överföringen är klar görs DIO0 -stiftet högt av sändtagaren, vilket kan detekteras av LMIC -biblioteket. LMIC -biblioteket behöver bara åtkomst till DIO0, DIO1 och DIO2, de andra DIOx -stiften kan lämnas frånkopplade. På Arduino -sidan kan de ansluta till valfri I/O -pin, eftersom den nuvarande implementeringen inte använder avbrott eller andra speciella hårdvarufunktioner (även om detta kan läggas till i funktionen, se även avsnittet "Timing").

I LoRa -läge används DIO -stiften enligt följande:

• DIO0: TxDone och RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

FSK -läge de används enligt följande::

• DIO0: PayloadReady och PacketSent
• DIO2: TimeOut

Båda lägena behöver bara 2 stift, men tranceiveren tillåter inte att kartlägga dem på ett sådant sätt att alla nödvändiga avbryter kartan till samma 2 stift. Så om både LoRa och FSK -lägen används måste alla tre stiften vara anslutna. Stiften som används på Arduino -sidan ska konfigureras i stiftmappningen i din skiss (se nedan). Återställ Sändtagaren har en återställningsstift som kan användas för att uttryckligen återställa den. LMIC -biblioteket använder detta för att säkerställa att chippet är i ett konsekvent tillstånd vid start. I praktiken kan denna stift lämnas bortkopplad, eftersom sändtagaren redan kommer att vara i ett sunt tillstånd vid påslagning, men att ansluta den kan i vissa fall förhindra problem. På Arduino -sidan kan alla I/O -stift användas. PIN -numret som används måste konfigureras i stiftmappningen (se nedan).

Sändtagaren innehåller två separata antennanslutningar: En för RX och en för TX. Ett typiskt sändtagarkort innehåller ett antennväxelchip som gör det möjligt att växla en enda antenn mellan dessa RX- och TX -anslutningar. En sådan antennomkopplare kan normalt få veta vilken position den ska ha genom en ingångsstift, ofta märkt RXTX. Det enklaste sättet att styra antennomkopplaren är att använda RXTX -stiftet på SX127x -sändtagaren. Denna stift sätts automatiskt högt vid TX och lågt under RX. Till exempel verkar HopeRF -korten ha denna anslutning på plats, så att de inte avslöjar några RXTX -stift och stiftet kan markeras som oanvänt i stiftmappningen. Vissa kort exponerar antennomkopplare -stiftet, och ibland även SX127x RXTX -stiftet. Exempelvis kallar utvärderingskortet SX1272 den tidigare FEM_CTX och den senare RXTX. Återigen är det enkelt att ansluta dessa tillsammans med en bygelkabel. Alternativt, eller om SX127x RXTX -stiftet inte är tillgängligt, kan LMIC konfigureras för att styra antennomkopplaren. Anslut antennomkopplarens kontrollstift (t.ex. FEM_CTX på Semtech -utvärderingskortet) till alla I/O -stift på Arduino -sidan och konfigurera stiftet som används på stiftkartan (se nedan). Det är dock inte helt klart varför inte vill att sändtagaren ska styra antennen direkt.

Steg 3: 3D -utskrift av ett hölje

När jag väl hade allt igång bestämde jag mig för att 3D -skriva ut ett fodral för modulen för en snyggare design.

Med slutprodukten i handen var det enkelt att installera i manhålet och få realtidsresultat på en instrumentpanel. Gaskoncentrationsvärdena i realtid med indikering av vattennivå tillät myndigheterna ett proaktivt tillvägagångssätt tillsammans med ett säkrare sätt att lösa problemet.