ביובית: 3 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

התהליך הנוכחי של ניקוי קווי ביוב הוא תגובתי ולא יזום. שיחות טלפון נרשמות במקרה של קו ביוב סתום באזור. יתר על כן, קשה לאוכלים ידניים לאפס את נקודת הטעות. הם משתמשים בשיטת "ניסוי וניסוי" לביצוע תהליך הניקוי במספר ביוביות באזור הפגוע, ובזבוז זמן רב. בנוסף הריכוז הגבוה של הגזים הרעילים מוביל לעצבנות, כאבי ראש, עייפות, דלקות בסינוסים, ברונכיטיס, דלקת ריאות, אובדן תיאבון, זיכרון ירוד וסחרחורת.

הפתרון הוא עיצוב אב טיפוס, שהוא מכשיר קטן - בעל גורם צורה של עט - מוטבע על מכסה הביוב. החלק התחתון של המכשיר שנחשף לחלק הפנימי של הביוב בזמן שהמכסה סגור - מורכב מחיישנים המזהים את רמת המים בתוך הביוב ואת ריכוז הגזים הכוללים מתאן, פחמן חד חמצני, פחמן דו חמצני ותחמוצות חנקן.. הנתונים נאספים לתחנת מאסטר, המתקשרת עם התקנים אלה המותקנים בכל ביוביות באמצעות LoRaWAN, ושולחת את הנתונים לשרת ענן, המארח לוח מחוונים למטרות ניטור. יתר על כן, זה מגשר על הפער בין הרשויות העירוניות האחראיות לתחזוקת הביוב ואיסוף האשפה. התקנת מכשירים אלה ברחבי העיר תאפשר פתרון מונע לזהות ולדייק את מיקומו של קו ביוב סתום לפני שהשפכים מגיעים לפני השטח.

אספקה

1. חיישן קולי - HC -SR04

2. חיישן גז - MQ -4

3. שער LoRa - פטל פאי 3

4. מודול LoRa - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. מודול זמזם

7. סוללת ליתיום של 500mAh, 3.7V

שלב 1:

לאב טיפוס הראשון השתמשתי במארז טיק-טק (קופסת מנטה טרייה). חיבור חיישנים אולטראסוניים נעשה בצורה כזו כדי להצביע על Tx ו- Rx לכיוון זרימת הביוב. החיבורים לחיישן האולטרסאונד ולחיישן הגז קלים מאוד. רק צריך להפעיל את החיישנים האישיים ולהשתמש בכל אחד מ -8 הפינים הדיגיטליים הקיימים ב- NodeMCU לקריאת נתונים. ציירתי את הקשרים להבנה טובה יותר.

שלב 2: היכרות עם SEMTECH SX1272

השלב הבא שלנו יהיה להתקין את הספריות ב- NodeMCU שלנו.

תוכל למצוא את הספריות למודול Semtech LoRa בקישור הזה:

כדי להתקין את הספרייה הזו:

• התקן אותו באמצעות מנהל הספרייה של Arduino ("סקיצה" -> "כלול ספרייה" -> "נהל ספריות …"), או
• הורד קובץ zip מ- github באמצעות כפתור "הורד ZIP" והתקן אותו באמצעות IDE ("סקיצה" -> "כלול ספרייה" -> "הוסף ספריית ZIP …"
• שיבוט את מאגר git זה לתיקיית ספר הסקיצות/ספריות שלך.

כדי לגרום לספרייה זו לפעול, יש לחבר את מקלט המשדר של Arduino (או כל לוח תואם Arduino שבו אתה משתמש). החיבורים המדויקים תלויים מעט בלוח המקלט ובשימוש בארדואינו, כך שבקטע זה מנסה להסביר למה מיועד כל חיבור ובאילו מקרים הוא (לא) נדרש.

שים לב כי מודול SX1272 פועל על 3.3V וסביר להניח שהוא אינו אוהב 5V על סיכותיו (אם כי גליון הנתונים אינו אומר דבר על כך, ומקלט המשדר שלי לא נשבר לאחר שימוש בטעות 5V I/O במשך כמה שעות). ליתר ביטחון, הקפד להשתמש במחלף רמות, או בארדואינו הפועל על 3.3V. ללוח ההערכה של Semtech יש 100 נגדי אוהם בסדרה עם כל קווי הנתונים שעשויים למנוע נזק, אך לא הייתי סומך על כך.

משדרי SX127x זקוקים למתח אספקה בין 1.8V ל- 3.9V. שימוש בהספק 3.3V אופייני. בחלק מהמודולים יש סיכת חשמל אחת (כמו מודולי HopeRF, המסומנים על 3.3V), אך אחרים חושפים סיכות חשמל מרובות לחלקים שונים (כמו לוח ההערכה של Semtech הכולל VDD_RF, VDD_ANA ו- VDD_FEM), שניתן לחבר כולן יחד. כל סיכות GND צריכות להיות מחוברות לסיכות ה- GND של Arduino.

הדרך העיקרית לתקשר עם המקלט היא באמצעות SPI (Serial Peripheral Interface). זה משתמש בארבעה סיכות: MOSI, MISO, SCK ו- SS. שלושת הקודמים צריכים להיות מחוברים ישירות: אז MOSI ל- MOSI, MISO ל- MISO, SCK ל- SCK. המקום בו הפינים ממוקמים בארדואינו שלך משתנה, עיין למשל בסעיף "חיבורים" בתיעוד ה- Arduino SPI. חיבור ה- SS (בחירת עבדים) קצת יותר גמיש. בצד העבד SPI (המקלט), יש לחבר את זה לסיכה המסומנת (בדרך כלל) המסומנת ב- NSS. בצד ה- SPI master (Arduino), סיכה זו יכולה להתחבר לכל סיכת קלט/פלט. לרוב Arduinos יש גם סיכה שכותרתה "SS", אך זה רלוונטי רק כאשר הארדואינו עובד כעבד SPI, וזה לא המקרה כאן. כל סיכה שתבחר, עליך לספר לספרייה באיזה סיכה השתמשת באמצעות מיפוי הסיכות (ראה להלן).

ניתן להגדיר את סיכות ה- IO (הדיגיטלי I/O) בלוח המקלט למשדרים עבור פונקציות שונות. ספריית LMIC משתמשת בהם כדי לקבל מידע על מצב מיידי מהמקלט. לדוגמה, כאשר שידור LoRa מתחיל, סיכת DIO0 מוגדרת כפלט TxDone. כאשר השידור הושלם, סיכת DIO0 נעשית גבוה על ידי מקלט המשדר, אותו ניתן לזהות על ידי ספריית LMIC. ספריית LMIC זקוקה רק לגישה ל- DIO0, DIO1 ו- DIO2, ניתן להשאיר את סיכות ה- DIOx האחרות מנותקות. בצד Arduino, הם יכולים להתחבר לכל פין קלט/פלט, מכיוון שהיישום הנוכחי אינו משתמש בהפרעות או בתכונות חומרה מיוחדות אחרות (אם כי יתכן ויתווסף הדבר בתכונה, עיין גם בסעיף "תזמון").

במצב LoRa משמשים סיכות ה- DIO כדלקמן:

• DIO0: TxDone ו- RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

מצב FSK הם משמשים כדלקמן::

• DIO0: PayloadReady ו- PacketSent
• DIO2: TimeOut

שני המצבים צריכים רק 2 סיכות, אך הטרנסייבר אינו מאפשר למפות אותם בצורה כזו שכל הדרוש מפריע למפה לאותם 2 סיכות. אז אם משתמשים במצבי LoRa ו- FSK, כל שלוש הסיכות חייבות להיות מחוברות. יש להגדיר את הסיכות המשמשות בצד Arduino במיפוי הסיכות במערכון שלך (ראה להלן). איפוס למקלט המשדר יש סיכת איפוס שניתן להשתמש בו כדי לאפס אותו במפורש. ספריית LMIC משתמשת בזה כדי להבטיח שהשבב נמצא במצב עקבי בעת ההפעלה. בפועל, ניתן להשאיר את הסיכה מנותקת מכיוון שהמקלט כבר יהיה במצב שפוי בעת הפעלה, אך חיבורו עשוי למנוע בעיות במקרים מסוימים. בצד Arduino, ניתן להשתמש בכל סיכת קלט/פלט. יש להגדיר את מספר הסיכה המשמש במיפוי הסיכות (ראה להלן).

השדר מכיל שני חיבורי אנטנה נפרדים: אחד עבור RX ואחד עבור TX. לוח מקלט טיפוסי מכיל שבב מתג אנטנות, המאפשר מעבר אנטנה אחת בין חיבורי RX ו- TX אלה. בדרך כלל ניתן לומר למחליף אנטנות כזה איזו מיקום הוא אמור להיות באמצעות סיכת קלט, המסומנת לעתים קרובות RXTX. הדרך הקלה ביותר לשלוט על מתג האנטנה היא להשתמש בסיכת RXTX שבמקלט המשדר SX127x. סיכה זו מוגדרת באופן אוטומטי גבוה במהלך TX ונמוכה במהלך RX. לדוגמה, נראה שללוחות HopeRF קיים חיבור זה, כך שהם אינם חושפים סיכות RXTX וניתן לסמן את הסיכה כבלתי בשימוש במיפוי הסיכות. חלק מהלוחות אכן חושפים את סיכת מחליף האנטנות, ולפעמים גם את סיכת SX127x RXTX. לדוגמה, לוח ההערכה SX1272 קורא ל- FEM_CTX לשעבר ול- RXTX השני. שוב, פשוט לחבר אותם יחד עם חוט מגשר הוא הפתרון הקל ביותר. לחלופין, או אם סיכת RXTX SX127x אינה זמינה, ניתן להגדיר LMIC לשליטה במתג האנטנה. חבר את סיכת הבקרה של מתג האנטנה (למשל FEM_CTX בלוח הערכה של Semtech) לכל סיכת קלט/פלט בצד Arduino והגדר את הסיכה המשמשת במפת הסיכות (ראה להלן). עם זאת, לא ברור מדוע לא ירצה שהמקלט ישלוט באנטנה באופן ישיר.

שלב 3: הדפסת מארז תלת מימד

לאחר שהכל היה פועל, החלטתי להדפיס נרתיק תלת מימדי למודול לעיצוב טוב יותר.

עם המוצר הסופי ביד, ההתקנה בחור האדם והשגת תוצאות בזמן אמת על לוח המחוונים הייתה קלה. ערכי ריכוז הגז בזמן אמת עם אינדיקציה למפלס המים אפשרו לרשויות גישה יזומה יחד עם דרך בטוחה יותר לטפל בבעיה.