Sewer'Sway: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

L'attuale processo di pulizia della linea fognaria è reattivo piuttosto che proattivo. Le telefonate vengono registrate in caso di linea fognaria intasata in una zona. Inoltre, è difficile per gli scavenger manuali azzerare il punto di errore. Usano il metodo hit-and-trial per eseguire il processo di pulizia in più tombini nell'area interessata, sprecando molto tempo. Inoltre, l'elevata concentrazione di gas tossici porta a irritabilità, mal di testa, affaticamento, infezioni del seno, bronchite, polmonite, perdita di appetito, scarsa memoria e vertigini.

La soluzione è progettare un prototipo, che è un piccolo dispositivo - con un fattore di forma di una penna - incorporato nel coperchio di un tombino. La parte inferiore del dispositivo che è esposta all'interno del tombino mentre il coperchio è chiuso - comprende sensori che rilevano il livello dell'acqua all'interno della fogna e la concentrazione di gas che includono metano, monossido di carbonio, anidride carbonica e ossidi di azoto. I dati vengono raccolti a una stazione principale, che comunica con questi dispositivi installati in ogni tombino su LoRaWAN e invia i dati a un server cloud, che ospita una dashboard per scopi di monitoraggio. Inoltre, questo colma il divario tra le autorità municipali responsabili della manutenzione delle fognature e della raccolta dei rifiuti. L'installazione di questi dispositivi in tutta la città consentirà una soluzione preventiva per identificare e individuare la posizione della linea fognaria intasata prima che le acque reflue raggiungano la superficie.

Forniture

1. Sensore a ultrasuoni - HC-SR04

2. Sensore di gas - MQ-4

3. Gateway LoRa - Raspberry pi 3

4. Modulo LoRa - Semtech SX1272

5. NodoMCU

6. Modulo cicalino

7. Batteria agli ioni di litio da 500 mAh, 3,7 V

Passo 1:

Per il primo prototipo, ho usato un tic-tac (scatola di mentine fresche) come involucro. Il fissaggio dei sensori ad ultrasuoni è stato fatto in modo tale da puntare il Tx e l'Rx verso il flusso fognario. I collegamenti al sensore a ultrasuoni e al sensore di gas sono molto semplici. È sufficiente alimentare i singoli sensori e utilizzare uno degli 8 pin digitali disponibili nel NodeMCU per la lettura dei dati. Ho tracciato i collegamenti per una migliore comprensione.

Passaggio 2: familiarizzare con SEMTECH SX1272

Il nostro prossimo passo sarebbe installare le librerie sul nostro NodeMCU.

Puoi trovare le librerie del modulo Semtech LoRa in questo link:

Per installare questa libreria:

• Installalo usando il gestore della libreria Arduino ("Sketch" -> "Includi libreria" -> "Gestisci librerie…"), oppure
• Scarica un file zip da github utilizzando il pulsante "Scarica ZIP" e installalo utilizzando l'IDE ("Sketch" -> "Includi libreria" -> "Aggiungi libreria. ZIP…"
• Clona questo repository git nella cartella sketchbook/libraries.

Per far funzionare questa libreria, il tuo Arduino (o qualsiasi altra scheda compatibile con Arduino che stai utilizzando) dovrebbe essere collegato al ricetrasmettitore. Le connessioni esatte dipendono un po' dalla scheda del ricetrasmettitore e da Arduino utilizzati, quindi questa sezione cerca di spiegare a cosa serve ciascuna connessione e in quali casi è (non) richiesta.

Si noti che il modulo SX1272 funziona a 3,3 V e probabilmente non gradisce 5 V sui suoi pin (sebbene il foglio dati non dica nulla a riguardo e il mio ricetrasmettitore non si sia ovviamente rotto dopo aver utilizzato accidentalmente 5 V I/O per alcune ore). Per sicurezza, assicurati di utilizzare un traslatore di livello o un Arduino funzionante a 3,3 V. La scheda di valutazione Semtech ha resistori da 100 ohm in serie con tutte le linee dati che potrebbero prevenire danni, ma non ci conterei.

I ricetrasmettitori SX127x necessitano di una tensione di alimentazione compresa tra 1,8V e 3,9V. L'utilizzo di un'alimentazione a 3,3 V è tipico. Alcuni moduli hanno un singolo pin di alimentazione (come i moduli HopeRF, etichettati 3.3V) ma altri espongono più pin di alimentazione per parti diverse (come la scheda di valutazione Semtech che ha VDD_RF, VDD_ANA e VDD_FEM), che possono essere tutti collegati insieme. Tutti i pin GND devono essere collegati ai pin GND di Arduino.

Il modo principale di comunicare con il ricetrasmettitore è tramite SPI (Serial Peripheral Interface). Questo utilizza quattro pin: MOSI, MISO, SCK e SS. I primi tre devono essere collegati direttamente: quindi da MOSI a MOSI, da MISO a MISO, da SCK a SCK. La posizione di questi pin sul tuo Arduino varia, vedi ad esempio la sezione "Connessioni" della documentazione di Arduino SPI. La connessione SS (slave select) è un po' più flessibile. Sul lato slave SPI (il ricetrasmettitore), questo deve essere collegato al pin (tipicamente) etichettato NSS. Sul lato SPI master (Arduino), questo pin può connettersi a qualsiasi pin I/O. La maggior parte degli Arduino ha anche un pin etichettato "SS", ma questo è rilevante solo quando Arduino funziona come slave SPI, il che non è il caso qui. Qualunque pin tu scelga, devi dire alla libreria quale pin hai usato attraverso la mappatura dei pin (vedi sotto).

I pin DIO (Digital I/O) sulla scheda del ricetrasmettitore possono essere configurati per varie funzioni. La libreria LMIC li utilizza per ottenere informazioni di stato istantanee dal ricetrasmettitore. Ad esempio, quando inizia una trasmissione LoRa, il pin DIO0 è configurato come uscita TxDone. Quando la trasmissione è completa, il pin DIO0 viene alzato dal ricetrasmettitore, che può essere rilevato dalla libreria LMIC. La libreria LMIC necessita solo dell'accesso a DIO0, DIO1 e DIO2, gli altri pin DIOx possono essere lasciati scollegati. Sul lato Arduino, possono connettersi a qualsiasi pin I/O, poiché l'implementazione corrente non utilizza interruzioni o altre funzionalità hardware speciali (sebbene ciò possa essere aggiunto nella funzionalità, vedere anche la sezione "Temporizzazione").

In modalità LoRa i pin DIO vengono utilizzati come segue:

• DIO0: TxDone e RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Modalità FSK sono utilizzati come segue:

• DIO0: Payload Ready e PacketSent
• DIO2: Timeout

Entrambe le modalità richiedono solo 2 pin, ma il ricetrasmettitore non consente di mapparli in modo tale che tutti gli interrupt necessari vengano mappati sugli stessi 2 pin. Quindi, se vengono utilizzate entrambe le modalità LoRa e FSK, tutti e tre i pin devono essere collegati. I pin utilizzati sul lato Arduino dovrebbero essere configurati nella mappatura dei pin nel tuo schizzo (vedi sotto). Reset Il ricetrasmettitore ha un pin di reset che può essere usato per resettarlo esplicitamente. La libreria LMIC lo utilizza per garantire che il chip sia in uno stato coerente all'avvio. In pratica, questo pin può essere lasciato scollegato, poiché il ricetrasmettitore sarà già in uno stato sano all'accensione, ma collegarlo potrebbe prevenire problemi in alcuni casi. Sul lato Arduino, è possibile utilizzare qualsiasi pin I/O. Il numero di pin utilizzato deve essere configurato nella mappatura dei pin (vedi sotto).

Il ricetrasmettitore contiene due connessioni dell'antenna separate: una per RX e una per TX. Una tipica scheda ricetrasmettitore contiene un chip di commutazione dell'antenna, che consente di commutare una singola antenna tra queste connessioni RX e TX. A un tale commutatore d'antenna in genere può essere detto quale posizione dovrebbe essere attraverso un pin di ingresso, spesso etichettato RXTX. Il modo più semplice per controllare l'interruttore dell'antenna è utilizzare il pin RXTX sul ricetrasmettitore SX127x. Questo pin viene impostato automaticamente alto durante TX e basso durante RX. Ad esempio, le schede HopeRF sembrano avere questa connessione in atto, quindi non espongono alcun pin RXTX e il pin può essere contrassegnato come non utilizzato nella mappatura dei pin. Alcune schede espongono il pin dello switcher dell'antenna e talvolta anche il pin SX127x RXTX. Ad esempio, la scheda di valutazione SX1272 chiama la prima FEM_CTX e la seconda RXTX. Ancora una volta, collegarli semplicemente insieme con un ponticello è la soluzione più semplice. In alternativa, o se il pin SX127x RXTX non è disponibile, LMIC può essere configurato per controllare l'interruttore dell'antenna. Collegare il pin di controllo dell'interruttore dell'antenna (ad es. FEM_CTX sulla scheda di valutazione Semtech) a qualsiasi pin I/O sul lato Arduino e configurare il pin utilizzato nella mappa dei pin (vedi sotto). Tuttavia, non è del tutto chiaro il motivo per cui non si desidera che il ricetrasmettitore controlli direttamente l'antenna.

Passaggio 3: stampa 3D di un involucro

Una volta che ho avuto tutto pronto e funzionante, ho deciso di stampare in 3D una custodia per il modulo per un design migliore.

Con il prodotto finale in mano, l'installazione nel tombino e l'ottenimento dei risultati in tempo reale su un cruscotto è stato facile. I valori di concentrazione di gas in tempo reale con l'indicazione del livello dell'acqua hanno consentito alle autorità di un approccio proattivo insieme a un modo più sicuro per affrontare il problema.