Sistema di monitoraggio automatizzato delle acque fluviali: 14 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Questa istruzione viene utilizzata per documentare lo sviluppo di un sistema automatizzato di monitoraggio delle acque fluviali. I parametri monitorati sono il livello e la temperatura dell'acqua. L'obiettivo di questo progetto era sviluppare un logger a basso costo e indipendente connesso a un database. Il livello dell'acqua viene monitorato con uno speciale QR-level. Una fotocamera nel Pi sta scattando una foto ogni 15 minuti. I codici QR in questa immagine vengono decodificati dal software e sono indicativi del livello effettivo dell'acqua. La temperatura dell'acqua viene misurata con un sensore DS18B20.

Forniture

1. Lampone Zero WH
2. WittyPi Mini
3. Modulo fotocamera Raspberry Pi v2.1
4. Huawei E3531 SurfStick
5. Scheda SIM (ThingsMobile)
6. Convertitore buck step down CC CC
7. Termometro digitale DS18B20
8. Cavo micro USB OTG
9. Un'estremità del cavo micro USB
10. Vetro della finestra
11. Custodia sigillata (G258)
12. Montaggio del cavo
13. Morsettiera a vite a 3 pin
14. Resistenza da 4, 7kOhm
15. Circuito vuoto 65x30mm
16. Intestazione di picchettamento a 40 pin
17. 4 viti M3x20
18. 8 viti xM3
19. Cavo telefonico
20. Cavo dell'altoparlante

Passaggio 1: saldatura del modulo della temperatura

In questo passaggio creiamo da zero un modulo di temperatura. Ha le dimensioni di un pHAT e può essere collegato al GPIO a 40 pin del Pi. Questo metodo ci consente di montare in modo sicuro il sensore DS18B20 sul Raspberry Pi.

1. Per prima cosa, dobbiamo saldare l'intestazione di picchettamento a 40 pin al circuito stampato vuoto da 60x35 mm.
2. Mettere la morsettiera a vite e il resistore in posizione come mostrato nell'immagine
3. Collegare la resistenza ai pin esterni della morsettiera
4. Saldare la resistenza e i pin insieme
5. Saldare i cavi (nero, rosso e giallo) ai pin esatti dell'intestazione di picchettamento e ai pin della morsettiera
6. Per praticare i fori di montaggio, monta prima il modulo sul tuo Raspberry Pi zero, quindi fora con una punta da 3 mm attraverso i fori esistenti dal tuo Raspberry Pi nel tuo nuovo modulo.
7. Infine, puoi collegare il tuo sensore DS18B20 al tuo modulo collegando i cavi del tuo sensore ai colori corrispondenti sulla tua scheda.

Passaggio 2: costruire il nostro cavo convertitore DCDC

Per alimentare il nostro Raspberry Pi dobbiamo convertire i 12V che otteniamo dalla nostra batteria a 5V. Usiamo un convertitore buck DC DC per ridurre la tensione.

1. Saldare il filo nero dal cavo dell'altoparlante alla porta etichettata GND
2. Saldare il filo rosso alla porta etichettata IN+
3. Saldare il filo nero dal cavo micro-USB alla porta etichettata GND
4. Saldare il filo rosso dal cavo micro-USB alla porta etichettata OUT+
5. Taglio del circuito contrassegnato dalla freccia rossa nell'immagine
6. Saldare insieme i pad di incollaggio per ottenere un'uscita fissa a 5 V (freccia blu)

Passaggio 3: installazione del surfstick

Per stabilire una connessione Internet, dobbiamo connettere la nostra chiavetta di navigazione al nostro Raspberry Pi. Per prima cosa dobbiamo fare alcune configurazioni:

1. Inserisci una scheda SIM del provider di telefonia mobile di tua scelta nella tua chiavetta di navigazione. In questo esempio utilizziamo una SIM di Things Mobile.
2. Collega la tua chiavetta di navigazione al computer tramite USB.
3. Dovrebbe apparire una finestra nel tuo browser.
4. In Impostazioni>Gestione profilo cambia l'APN con quello del tuo gestore di telefonia mobile. Per Things Mobile è "TM".
5. Abilita la funzione di roaming in Impostazioni > Connessione mobile e "Attiva" Dati mobili.
6. Fare clic su Applica.
7. Nella Home page è possibile verificare se è stata stabilita una connessione.
8. Ora sei a posto, scollega la tua chiavetta da surf.
9. Il surf stick può essere collegato al tuo Raspberry senza ulteriori configurazioni.

Passaggio 4: creare un database PostgreSQL

In questo passaggio impostiamo il nostro database. Utilizziamo l'offerta di livello gratuito di Amazon Web Services.

1. Per prima cosa crea un account gratuito su AWS:
2. Segui questo tutorial per creare il tuo database PostgreSQL e scopri come connetterti ad esso:

Passaggio 5: preparazione della scheda SD

Per prima cosa devi scaricare l'immagine di Raspian Stretch Lite:

Download di Raspberry Pi

Ora dobbiamo eseguire il flashing dell'immagine su una scheda SD vuota (almeno 16 GB). Inserisci la scheda SD nel lettore di schede SD. Scarica Balena Etcher e installalo sul tuo computer:

www.balena.io/etcher/

Apri Balena Etcher, seleziona il file.zip della tua immagine Raspian che hai precedentemente scaricato. Seleziona la tua scheda SD in Select Drive. Fare clic su Flash!

Passaggio 6: installazione del Raspberry e connessione ad esso tramite SSH

Prima di poter utilizzare il nostro Raspberry Pi, dobbiamo effettuare alcune impostazioni iniziali.

1. Inserisci la tua scheda SD nel tuo Raspberry Pi e collegalo a un monitor, una tastiera e un mouse. (Se non hai un monitor, una tastiera e un mouse aggiuntivi puoi effettuare un'installazione senza testa. Cercalo è stato fatto prima)
2. Segui i passaggi di configurazione del tuo Raspberry Pi [wifi, lingua, fuso orario]
3. Abilita SSH tramite Terminale su di te PI:sudo raspi-config vai a: 5 Opzioni di interfaccia Abilita SSH

4. Sul tuo computer scarica Termius. Questo programma semplifica la connessione al nostro Raspberry Pi tramite SSH.1. https://termius.com/2. Crea un account

   3. Crea NUOVO HOST4. Assegna un'etichetta al tuo Raspberry (scegli un Nome) 5. Inserisci l'IP-ADRESSE del tuo PI dalla RETE a cui è connesso (se non conosci l'IP-ADRESSE puoi cercarlo con un programma chiamato "ADVANCED IP SCANNER") 7. Inserisci il tuo nome utente (pi per impostazione predefinita se non è stato modificato) 8. Inserisci la tua password (raspberry per impostazione predefinita se non è stata modificata) 9. Fare clic su Salva 10. Fare doppio clic sul nuovo host creato 11. Viene visualizzato un messaggio -> fare clic su Sì

Il tuo Raspberry dovrebbe essere connesso al tuo computer tramite SSH

Passaggio 7: installazione del logger

1. Abilitare la telecamera nelle opzioni di interfaccia:sudo raspi-configgo to: 5 Opzioni di interfacciaEnable Camerasudo reboot
2. Crea una nuova directory nella tua directory /home/picd /home/pisudo mkdir Desktop
3. Crea un nuovo file python nella directory Desktopcd Desktopsudo nano ctrl+ochiama il file qrbooftemp.pyenterctrl+x
4. Installa il pacchetto pyboof (numpy e py4j vengono installati automaticamente) questo può richiedere fino a 40 min.sudo pip3 install pyboof==0.33.1
5. Esegui un aggiornamento (se non lo fai potresti avere problemi durante l'installazione dei pacchetti in seguito) sudo apt-get updateudo apt-get install libpq-dev
6. Installa postgreSQL e psycopg2 per interagire con il database postgreSQL tramite Pythonsudo apt-get install postgresqlsudo pip3 install psycopg2

Passaggio 8: installazione del logger (modulo temperatura)

Per installare il modulo di temperatura è necessario montare il modulo sul tuo Raspberry Pi con un sensore DS18B20 collegato ad esso. Il modulo viene montato tramite l'intestazione a 40 pin.

1. abilita 1-wire nelle opzioni di interfacciasudo raspi-configgo to: 5 Opzioni di interfacciaEnable 1-Wiresudo reboot
2. imposta il pin 1-Wire sul pin 23 e gpu_mem=256sudo nano /boot/config.txt append dtoverlay=w1-gpio, gpiopin=23, pullup=on alla fine del file change gpu_mem=128 in gpu_mem=256
3. attiva 1-Wiresudo modprobe w1-gpiosudo modprobe w1-thermsudo reboot
4. scopri il tuo indirizzo del tuo DS18B20, dovrebbe iniziare con 28- …cd /sys/bus/w1/deviceslsscrivi l'indirizzo, è poi necessario nello script Python

Passaggio 9: scarica e regola lo script Pyhton

1. Scarica lo script Python sul tuo computer e aprilo in un editor di testohttps://github.com/gremax93/QR-Code-Water-Level
2. Copia lo script completo negli appunti (ctrl+a, ctrl+c)
3. Vai al file python creato in precedenza /home/pi/Desktopsudo nano qrbooftemp.py
4. Fare clic con il tasto destro per inserire lo script
5. Cambia l'indirizzo del sensore di temperatura con quello che hai annotato in precedenza
6. Modifica la configurazione della connessione postgresql con le tue informazioni specifiche, come indicato nello script
7. Salva ed escictrl+oenterctrl+x

Passaggio 10: installazione del modulo WittyPi

1. Scarica il file di installazione da Witty Pi wget
2. Esegui lo script di installazione sudo sh installWittyPi.sh
3. Riavvia sudo reboot

Passaggio 11: apportare alcune modifiche all'installazione di Java Virtual Machine

Questo passaggio è necessario per assicurarsi che la JVM venga avviata quando viene eseguito lo script python.

1. Vai alla directory py4j e apri jawa_gateway.py cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/py4jsudo nano jawa_gateway.pyset DEFAULT_CALLBACK_SERVER_ACCEPT_TIMEOUT = 20
2. Vai alla directory pyboof e apri _init_.pycd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/pyboofsudo nano _init_.pyset mentre time.time() - start_time < 20.0

Passaggio 12: imposta Cron Job

In questo passaggio impostiamo un cronjob all'avvio del Raspberry. In questo modo ogni volta che il Pi si sveglia, il nostro script Python viene eseguito.

1. Imposta cronjob e scrivilo in un file di registro. Ciò rende la risoluzione dei problemi più efficiente.crontab -e@reboot sleep 20 && sudo python3 /home/pi/Desktop/qrbooftemp.py >> /home/pi/Desktop/log.txt
2. Aggiungi un'altra riga a crontab. Questa linea assicura che, quando WittyPi fallisce, il Raspberry Pi si riavvia comunque.@reboot sleep 1500 && sudo rebootctrl+oenterctrl+x

Passaggio 13: mettere tutto insieme

1. Assicurati che il tuo Pi sia spento, in caso contrario, spegnilo sudo shutdown -h now
2. Impila il tuo WittyPi sul tuo Raspberry Pi e il modulo della temperatura sopra di esso.
3. Avvitare i 3 moduli insieme
4. Collega il modulo della fotocamera alla porta CSI del Raspberry Pi Zero
5. Collega il tuo surfstick al tuo Raspberry Pi tramite il cavo USB OTG
6. Collega il cavo di alimentazione al WittyPi (non al Raspberry Pi!)
7. Metti tutto nell'involucro e riavvita il coperchio
8. Collega il cavo di alimentazione alla batteria
9. Congratulazioni, il tuo logger dovrebbe essere in esecuzione!

Passaggio 14: installazione finale

Queste immagini mostrano il registratore montato con il codice QR per il livello dell'acqua installato.

I logger sono stati installati sotto un ponte per risultati ottimali. La luce solare diretta dovrebbe essere evitata.