חיבור מערכת חיישן סביבתי למל"טים: 18 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

מטרת מדריך זה היא לתאר כיצד לבנות, לצרף ולהפעיל את מערכת החיישנים הסביבתיים של טכנולוגיית פתרונות משולבים יחד עם מזל"ט DJI Phantom 4. חבילות חיישנים אלה משתמשות במזל"ט בכדי להעביר לסביבות שעלולות להיות מסוכנות כדי לזהות את רמות הסיכון הנוכחיות של פחמן חד חמצני (CO), פחמן דו חמצני (CO2) וגז פרופאן נוזלי (LPG) בהשוואה לתקני OSHA ו- EPA. חשוב לציין כי למרות שחיישן קרינה מוצג גם במדריך זה, הוא יפעל כישות נפרדת לחיישני הגז, והתוצר הסופי המוצג יכלול רק את רכיבי חיישן הגז המפורטים לעיל.

שלב 1: אסוף כלים, תוכנות וחומרים הדרושים

כלים בשימוש:

1. תוכנת Arduino (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
2. צְבָת
3. מסור שולחן עם להב שוחק
4. מטחנת שולחן

חומרים בשימוש:

1. DJI Phantom 4
2. ארדואינו אונו
3. סוללה חיצונית של Jackery 3350mAh
4. לוח לחם סטנדרטי
5. חיישן פחמן חד חמצני - MQ - 7
6. חיישן גז פרופאן נוזלי - MQ - 6
7. חיישן פחמן דו חמצני CO2 - MG - 811
8. חיישן לחות וטמפרטורה AK9750 Si7021
9. חיישן קרינה Pocket Geiger - סוג 5
10. מודם בלוטות ' - זהב BlueSMiRF
11. רצועות קולב מפלדה רכה
12. ערכת ממציא SparkFun
13. קלטת הרכבה דו צדדית

שלב 2: הרכבת חיווט חיישן ומיקרו -בקר

גש לכל גליונות הנתונים של החיישנים מיצרן המוצר כדי לקבוע את סיכות הקלט והפלט הדרושות לפעולת רכיב תקינה. על מנת לבנות אוריינטציה יעילה לכל הרכיבים המסופקים בחבילות הגז והקרינה, יש לחבר כל חיישן ומודול בנפרד על מנת להבטיח שהוא פועל כאשר הוא מחובר למיקרו -בקר לפני שילובו על לוח לחם יחיד. כדי להבטיח בהירות, התהליך לבניית כל סוג של מעגל בסיס וקוד כלול בשלבים הבאים.

שלב 3: קבע סיכות קלט ויציאה לחיישן פחמן חד חמצני MQ - 7

כפי שמוצג בתרשים לעיל, רכיב ה- CO צריך להכיל שלושה סיכות מתח כניסה במעקה הימני ביותר המחוברות לאספקת החשמל של המיקרו -בקר 5V. סיכת הכניסה האנלוגית תחובר לכל אחד מהסיכות של המיקרו -בקר המסומן A0, A1, A2 וכו ', בעוד סיכות הקרקע מחוברות לסיכות הקרקע של המיקרו -בקר. לבסוף, משתמשים בנגד 10K אוהם לחיבור סיכת החיישן השמאלית התחתונה לקרקע. חשוב לציין כי האשמה זו חלה על חיישני CO2 וגפ מ המשמשים גם במערכת זו.

שלב 4: חבר את החיישן בהתאם ל- Pinout לסיכות קלט ויציאה של המיקרו -בקר

כפי שנדון בשלבים הקודמים, סיכה אחת מיועדת כסיכת קלט אנלוגית לבקר המיקרו. בקוד הבסיס המוצג למעלה, וזמין להורדה בשלב הבא, הסיכה האנלוגית המוגדרת היא סיכה A0. בהתאם לייעוד זה, חברו את הסיכה השמאלית העליונה לסיכה A0 של המיקרו -בקר. לאחר מכן, ניתן להקים קלט 5V ומעקה קרקע משותף על ידי חיבור מסילת הכוח הלוחית השמאלית ביותר (המסומנת על ידי הסמל "-") לסיכה הקרקעית ולמסילה הימנית ביותר ("+") לסיכה 5V. על ידי חיווט לוח הלוח בדרך זו, ניתן לחבר את סיכות החיישן ישירות למסילות לוח הלחם, מה שמאפשר חיבורים נקיים אל המיקרו -בקר. מבנה זה מוצג בתמונות מעגל הבסיס למעלה.

שלב 5: הורד קוד בסיס חיישן גז

לאחר החיבור, העלה את קוד הבסיס של Arduino המתקבל מדף המוצר של SparkFun (https://www.sparkfun.com/products/9403; מצורף) על ידי לחיצה על החץ הממוקם בצד שמאל למעלה של הממשק כדי לוודא שהרכיב מחובר לחשמל בהתאם ל- pinout.

שלב 6: פתח את הצג הסידורי כדי להבטיח את התפעול

פתח את הצג הטורי על ידי בחירת סמל זכוכית המגדלת בפינה השמאלית העליונה של הממשק. פעולה זו תפתח חלון נפרד המוצג לעיל, בו יוצג פלט החיישן, במקור קריאת מתח. אם הנתונים אינם מוצגים במסך הטורי כפי שצוין, ודא שהפונקציה analogRead מתייחסת למספר הנכון של הסיכה האנלוגית המחוברת בשלבים קודמים של תהליך זה.

שלב 7: חזור על שלבים 3-6 עבור חיישני גז גז ופחמן דו חמצני

חזור על ההגדרה של סיכות, חיווט חיישנים והעלאת קוד כדי להבטיח הפעלה של החיישנים הנוספים.

שלב 8: Wire SparkFun Si7021 חיישן לחות וטמפרטורה (אופציונלי)

אותו תהליך כללי המתואר עבור חיישני הגז ייושם עבור חיישן הטמפרטורה והלחות. עם זאת, ה- pinout שונה מחיישני הגז ומוצג למעלה. סיכת ה- VCC (השנייה מימין על החיישן) תתחבר למקור חשמל של מיקרו -בקר 5 או 3.3 וולט וסיכת הארקה תחובר לקרקע של המיקרו -בקר כפי שניתן לראות בחיווט חיישן הגז. במקום סיכת פלט אנלוגי, חיישן זה מכיל סיכות פלט SDA ו- SCL שאחראיות להעברת נתונים מהחיישן אל המיקרו -בקר לעיבוד. ניתן להשתמש בחיישן זה כדי לאמת את הדיוק של מדידות חיישן הגז בהשוואה לערכי גיליון הנתונים שלהם.

שלב 9: הורד קוד בסיסי SparkFun חיישן לחות וטמפרטורה של Si7021

עם השלמת החיווט, יש להעלות את קוד הדוגמה המצורף (המותאם מ- https://www.sparkfun.com/products/13763) למיקרו -בקר כדי להבטיח בניית מעגלים תקינה. כפי שתואר בקוד חיישן הגז, ודא שהרכיב מעביר את הטמפרטורה והלחות על ידי גישה לצג הטורי. חשוב לציין שקוד בסיס זה כולל שימוש בשתי ספריות רכיב שונות של SparkFun. על מנת שקוד זה יאסוף ויעלה למיקרו -בקר, המשתמש יצטרך להתקין ספריות אלה בשיטות המוצגות בשלב 9.

שלב 10: הוסף רכיבי Arduino Component

יישום ספריות ארדואינו בקודים מזוהה באמצעות שימוש בפקודה #include כפי שניתן לראות ליד החלק העליון של הקוד של שלב 8. ללא הכללת ספריות אלה, הקוד לא יוכל להרכיב או להעלות למיקרו -בקר. כדי לגשת ולהתקין ספריות אלה, עבור לכרטיסיית הסקיצות, הרחב את כלול ספרייה ובחר נהל ספריות. הקלד את שם הספרייה הדרושה (טקסט שמופיע לאחר הפקודה #include), לחץ על האפשרות הרצויה, בחר גרסה ולחץ על התקן.

שלב 11: חיישן קרינה Geiger קריר - סוג 5

כאמור, רכיב זה ייכלל בנפרד מחיישני הגז. בהקמת מוצר זה, התהליך עדיין זהה; חברו את סיכות הרכיב לפלטים המתאימים להם כפי שמוצג ב- pinout למעלה. חבר את סיכת VCC למקור 5V הממוקם בבקר המיקרו ואת סיכת הקרקע לקרקע המיקרו -בקר כפי שנעשה עם חיישני הגז. לאחר מכן, חבר את סיכות האות והרעש לסיכות מיקרו -בקר 2 ו -5 בהתאמה. עם סיום משימה זו, העלה את קוד הבסיס המותאם מ- radio-watch.org באמצעות Github (https://www.sparkfun.com/products/142090) ורכיב זה מוכן להפעלה.

שלב 12: פיתוח חיווט חיישן משולב

לאחר חיווט כל חיישן בנפרד כדי לאשר את פעולתו, התחל לשלב כל חיווט חיישן בפורמט מרוכז כך שכל החיישנים המתוארים לעיל מחוברים על לוח הלחם, כפי שמוצג באיורים לעיל. עיין בטבלה לעיל כדי לחבר כראוי את סיכות הארדואינו הדרושות לרכיבים המתאימים שלהן כך שלא יהיה צורך לשנות את הקודים להלן לפני העלאה. כדי לתמוך בפורמט מרוכז, השתמש במעקה חשמל וארקה משותף על ידי חיווט מעקה חשמל אחד של קרש לחם כ- 5V והשני כ- 3.3V. חבר את שני מסילות הקרקע יחד תוך מתן חיבור לפין הארקה של המיקרו -בקר Arduino. בסיום, העלה את הקוד המצורף כדי לגשת ליכולות חיישן הגז המורכבות על הלוח. קוד Arduino המצורף ישלוט בחיישני הגז, כמו גם בחיישן הטמפרטורה והלחות, ויציג את נתוני המדידה שלהם, בחלקים למיליון באמצעות הצג הסדרתי. הוא יספק גם את סיווג רמת הסיכון של הנתונים הנמדדים. חיישן הקרינה יכול להסתמך על מדידה מוגבלת בזמן (כלומר ספירות לדקה), לכן מומלץ להפעיל רכיב זה בנפרד מחיישני הגז. כדי לתמוך בהבחנה זו, חיישני CO, גפ מ ו- CO2 יהיו המרכיבים היחידים שנדונו כאשר המיקרו -בקר מזווג עם מודול ה- Bluetooth. עם זאת, חשוב לציין כי ניתן לבצע את התהליך הבא כדי להשיג את אותה התוצאה עם חיישן הקרינה.

שלב 13: התחל חיבור Bluetooth בין טלפון למודול

לאחר שמרכיבים, מקודדים ומעובים את מערכת החיישנים הרצויה, השלב הבא הוא חיבור אלחוטי של התקן משתמש למערכת. זה יאפשר לשלוח למשתמש קריאות חיישנים בשידור חי במרחק שהוסרו מאזור המפגע. החיבור של מערכת החיישנים וההתקן של המשתמש יתאפשר בעזרת מודול Bluetooth Arduino BlueSMiRF. מודול זה יתחבר לאפליקציית הנייד "נתוני בלוטות 'Arduino" שניתן להוריד מחנות Google Play. ממשק זה יציג ישירות את הקריאות המתקבלות מחיישני הגז, נוכחות האדם או חיישני קרינה, ויהיה נגיש עד 350 רגל ויזהיר את המשתמש על שינויים בקריאות החיישנים, תוך שהוא מאפשר למשתמש להעריך אם רמות מסוכנות של מפגעים סביבתיים מזוהים ביחס לתקנות OSHA ו- EPA.

יש לחבר את הרכיב בנפרד, כפי שהוכח עם החיישנים, כדי לאתחל את הגדרת הרכיב ולהעריך את יכולת הפעולה. באמצעות תרשים הרכיבים המוצג באיור לעיל, הרכיב יהיה מחובר עם כניסת מתח של 5V וסיכת הארקה, בעוד סיכות רכיבי TX ו- RX יהיו מחוברות לשני סיכות דיגיטליות שהוגדרו על ידי המשתמש. כפי שמוצג באיור, סיכת TX הוקצתה לסיכה הדיגיטלית השנייה וה- RX הוגדר כשלישי. עם השלמת משימה זו, הפעל את קוד הדוגמה המופיע להלן כדי להתחיל בהגדרת רכיבים. בשלב זה, נורית ה- LED של הרכיב אמורה להבהב לאט עם גוון אדום. גש לצג הטורי והחלף בין האפשרויות בתחתית החלון כדי לקרוא את "אין סיום שורה" ו- "9600 באוד" בתיבות הנפתחות בהתאמה. לאחר מכן הקלד "$$$" בתיבת הפקודה ולחץ על "שלח". פעולה זו תפעיל את "מצב הפקודה" ברכיב ותגרום לנורית להבהב במהירות גוון אדום. בנוסף, הרכיב ישלח הודעת "CMD" בחזרה לצג הטורי.

החלף שוב את ההגדרות הנפתחות של הצג הטורי כדי לקרוא את "Newline" ו- "9600 baud", לפני שתמשיך בהגדרה. פקודות השליחה "D" ו- "E" לצג הטורי כדי להציג את הגדרות הרכיב, כולל שם היצרן. כדי להתאים לטלפון הנייד שלך, פתח את הגדרות Bluetooth, בחר את השם הנתון של מודול ה- Bluetooth (ECEbluesmirf עבור הדוגמה המופיעה). לאחר בחירה זו, שלח פקודה "אני" כדי לסרוק התקנים התומכים ב- Bluetooth. המספר הראשון ישמש לסנכרון שני המכשירים, על ידי שליחת "C, מספר ראשון". בסיום, נורית ה- Bluetooth תהפוך לירוק אחיד.

שלב 14: חבר את המערכת לאפליקציה לנייד - משתמשי Android

כדי לגשת לנתוני חיישנים באנדרואיד, הורד את היישום הנייד נתוני בלוטות 'Arduino מחנות Google Play. פתח את היישום הנייד והקש על שם שם מודול ה- Bluetooth בממשק המשתמש כדי להתחבר. כאשר תתבקש, בחר את היישום כמקלט. הממשק המציג את נתוני החיישן יוצג והמודול יכיל נורית LED ירוקה. עם השלמתו, העלה את הקוד המצורף כדי להפעיל את החיישנים ולאחזר נתוני סכנה סביבתיים. ניתן לעדכן את שמות החיישנים כך שיתאימו לחיישנים המשמשים, כפי שהושלם כדי להשיג את צילום המסך למעלה.

שלב 15: צור סוגרי תמיכה לחיבור מערכת חיישן

הרכבת מערכת החיישנים מחייבת שימוש בשתי רצועות קולב מפלדה רכה וקלטת הדבקה דו צדדית להדבקה למל"ט DJI Phantom 4. השלב הראשון הוא לכופף ולעצב את רצועות הקולב הפלדה הרכות למזל"ט. זה דורש אורך רצועה ראשוני כולל של 23 אינץ '. ממלאי זה, חתכו רצועות שוות באמצעות מסור שולחן בעל להב שוחק. לאחר מכן, טוחנים את הקצוות כדי להסיר קוצים. תוצאת התהליך מוצגת בראש הדמויות המוצגות למעלה. במהלך תהליך זה אתה רוצה להימנע מחיתוך לאורך החריצים הפתוחים, כדי להימנע מהיחלשות קצות הרצועה.

השלב הבא ידרוש כיפוף הרצועות על מנת להתאים למזל ט. מומלץ להשתמש בצבת כדי לכופף את הפלדות ולהניח את הרצועה בתחתית המסילות. מרכז את הרצועות על מסילות רגל הזמזום, וסמן היכן קצה רגלי המסילה. זה ישמש כחזותי לאן לכופף את הפלדות. כופפו את הרצועות במרווחים קטנים עד שהם עוטפים את המעקות ומונעים החלקה.

שלב 16: הרכבת המערכת למזל"ט

דוגמה להרכבת מערכת החיישנים תודגם באמצעות רצועות קולב פלדה רכות והדבקה. כפי שנדון קודם לכן, רצועות הקולב הפלדה הרכה היו כפופות והונחו בתחתית המזל"ט כדי ליצור פלטפורמה לרכיבים לשבת עליהם. לאחר השלמת פעולה זו, חבר את הרכיבים לרצועות בעזרת הדבק כך שהם יהיו מאובטחים, אך אינם מפריעים לפעולה הרגילה של המזל"ט. כדי לאפשר מקום רב, הדוגמה משתמשת בשתי רצועות קולב התומכות בסוללה חיצונית, בקר בקר ולוח. בנוסף, החיישנים ממוקמים לכיוון החלק האחורי של המזל"ט.

שלב 17: שימוש במערכת זו להערכת סיכון סכנות

כדי לקבוע את חומרת רמות הסכנה שמציגה מערכת זו, יש להתייחס לתקנים הבאים. ירוק מציין סביבה בטוחה לכל הנוכחים באזור העניין, בעוד סגול מציין את הריכוז הסביבתי הגרוע ביותר האפשרי, מה שמוביל להשפעות קטלניות. מערכת הצבעים בה נעשה שימוש נגזרת מתוכנית דגל איכות האוויר של ה- EPA.

פחמן חד חמצני (OSHA)

• 0-50 PPM (ירוק)
• 50-100 PPM (צהוב)
• 100-150 PPM (כתום)
• 150-200 PPM (אדום)
• > 200 PPM (סגול)

גז פרופאן נוזלי (NCBI)

• 0-10, 000 PPM (ירוק)
• 10, 000-17, 000 PPM (צהוב)
• > 17, 000 PPM (אדום)

פחמן דו חמצני (מכון CCS העולמי)

• 0-20, 00 PPM (ירוק)
• 20, 000-50, 000 PPM (צהוב)
• 50, 000-100, 000 PPM (כתום)
• 100, 000-150, 000 PPM (אדום)
• > 150, 000 PPM (סגול)

שלב 18: השתמש במערכת לאיסוף נתונים נמדדים

כעת, לאחר השלמת ההרכבה הסופית, המערכת מוכנה לפעולה. מכיוון שהקוד הדרוש כדי לאפשר לבקר המיקרו להפעיל את מערכת החיישנים כבר הועלה, ניתן לחבר את המיקרו לבקר הסוללה הנייד כדי להעביר נתונים, במקום מחשב. המערכת מוכנה כעת לשימוש ביישומי הערכת סכנות סביבתיות!