Sewer'Sway : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Le processus actuel de nettoyage des canalisations d'égout est réactif plutôt que proactif. Les appels téléphoniques sont enregistrés en cas de canalisation d'égout bouchée dans une zone. De plus, il est difficile pour les récupérateurs manuels de se concentrer sur le point d'erreur. Ils utilisent la méthode hit-and-trial pour effectuer le processus de nettoyage dans plusieurs trous d'homme dans la zone touchée, ce qui leur fait perdre beaucoup de temps. De plus, la concentration élevée des gaz toxiques entraîne une irritabilité, des maux de tête, de la fatigue, des infections des sinus, une bronchite, une pneumonie, une perte d'appétit, une mauvaise mémoire et des étourdissements.

La solution consiste à concevoir un prototype, qui est un petit appareil - avec un facteur de forme d'un stylo - intégré sur le couvercle d'un trou d'homme. La partie inférieure de l'appareil qui est exposée à l'intérieur du trou d'homme lorsque le couvercle est fermé - comprend des capteurs qui détectent le niveau d'eau à l'intérieur de l'égout et la concentration de gaz qui comprennent le méthane, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et les oxydes d'azote. Les données sont collectées vers une station maître, qui communique avec ces appareils installés à chaque regard via LoRaWAN, et envoie les données à un serveur cloud, qui héberge un tableau de bord à des fins de surveillance. De plus, cela comble le fossé entre les autorités municipales responsables de l'entretien des égouts et de la collecte des ordures. L'installation de ces dispositifs dans toute la ville permettra une solution préventive pour identifier et localiser l'emplacement de la conduite d'égout bouchée avant que les eaux usées n'atteignent la surface.

Fournitures

1. Capteur à ultrasons - HC-SR04

2. Capteur de gaz - MQ-4

3. Passerelle LoRa - Raspberry pi 3

4. Module LoRa - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Module de sonnerie

7. Batterie Li-ion 500 mAh, 3,7 V

Étape 1:

Pour le premier prototype, j'ai utilisé un tic-tac (boîte de menthes fraîches) comme enceinte. La fixation des capteurs à ultrasons a été réalisée de manière à pointer le Tx et le Rx vers le flux d'assainissement. Les connexions au capteur à ultrasons et au capteur de gaz sont très simples. Il suffit d'alimenter les capteurs individuels et d'utiliser l'une des 8 broches numériques disponibles dans le NodeMCU pour lire les données. J'ai fait les liens pour une meilleure compréhension.

Étape 2: Se familiariser avec SEMTECH SX1272

Notre prochaine étape serait d'installer les bibliothèques sur notre NodeMCU.

Vous pouvez trouver les bibliothèques du module Semtech LoRa dans ce lien:https://github.com/lupyuen/LoRaArduino

Pour installer cette bibliothèque:

• Installez-le à l'aide du gestionnaire de bibliothèque Arduino ("Sketch" -> "Include Library" -> "Gérer les bibliothèques…"), ou
• Téléchargez un fichier zip depuis github en utilisant le bouton "Télécharger ZIP" et installez-le à l'aide de l'IDE ("Sketch" -> "Include Library" -> "Add. ZIP Library…"
• Clonez ce référentiel git dans votre dossier sketchbook/libraries.

Pour que cette bibliothèque fonctionne, votre Arduino (ou toute autre carte compatible Arduino que vous utilisez) doit être connecté à l'émetteur-récepteur. Les connexions exactes dépendent un peu de la carte émetteur-récepteur et de l'Arduino utilisés, donc cette section essaie d'expliquer à quoi sert chaque connexion et dans quels cas elle n'est (pas) requise.

Notez que le module SX1272 fonctionne à 3,3 V et n'aime probablement pas le 5 V sur ses broches (bien que la fiche technique ne dise rien à ce sujet, et mon émetteur-récepteur ne s'est évidemment pas cassé après avoir accidentellement utilisé des E/S 5 V pendant quelques heures). Pour être sûr, assurez-vous d'utiliser un levier de niveau ou un Arduino fonctionnant à 3,3 V. La carte d'évaluation Semtech a des résistances de 100 ohms en série avec toutes les lignes de données qui pourraient éviter des dommages, mais je ne compterais pas là-dessus.

Les émetteurs-récepteurs SX127x ont besoin d'une tension d'alimentation comprise entre 1,8V et 3,9V. L'utilisation d'une alimentation 3,3 V est typique. Certains modules ont une seule broche d'alimentation (comme les modules HopeRF, étiquetés 3,3 V), mais d'autres exposent plusieurs broches d'alimentation pour différentes pièces (comme la carte d'évaluation Semtech qui a VDD_RF, VDD_ANA et VDD_FEM), qui peuvent toutes être connectées ensemble. Toutes les broches GND doivent être connectées à la ou aux broches Arduino GND.

Le principal moyen de communication avec l'émetteur-récepteur est via SPI (Serial Peripheral Interface). Celui-ci utilise quatre broches: MOSI, MISO, SCK et SS. Les trois premiers doivent être directement connectés: donc MOSI à MOSI, MISO à MISO, SCK à SCK. L'emplacement de ces broches sur votre Arduino varie, voir par exemple la section "Connexions" de la documentation Arduino SPI. La connexion SS (slave select) est un peu plus flexible. Du côté esclave SPI (l'émetteur-récepteur), celui-ci doit être connecté à la broche (généralement) étiquetée NSS. Du côté du maître SPI (Arduino), cette broche peut se connecter à n'importe quelle broche d'E/S. La plupart des Arduinos ont également une broche étiquetée "SS", mais cela n'est pertinent que lorsque l'Arduino fonctionne comme un esclave SPI, ce qui n'est pas le cas ici. Quelle que soit la broche que vous choisissez, vous devez indiquer à la bibliothèque quelle broche vous avez utilisée via le mappage des broches (voir ci-dessous).

Les broches DIO (E/S numériques) sur la carte de l'émetteur-récepteur peuvent être configurées pour diverses fonctions. La bibliothèque LMIC les utilise pour obtenir des informations d'état instantanées de l'émetteur-récepteur. Par exemple, lorsqu'une transmission LoRa démarre, la broche DIO0 est configurée comme une sortie TxDone. Lorsque la transmission est terminée, la broche DIO0 est rendue haute par l'émetteur-récepteur, ce qui peut être détecté par la bibliothèque LMIC. La bibliothèque LMIC n'a besoin d'accéder qu'à DIO0, DIO1 et DIO2, les autres broches DIOx peuvent être laissées déconnectées. Du côté Arduino, ils peuvent se connecter à n'importe quelle broche d'E/S, car l'implémentation actuelle n'utilise pas d'interruptions ou d'autres fonctionnalités matérielles spéciales (bien que cela puisse être ajouté dans la fonctionnalité, voir également la section "Timing").

En mode LoRa, les broches DIO sont utilisées comme suit:

• DIO0: TxDone et RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Mode FSK, ils sont utilisés comme suit:

• DIO0: PayloadReady et PacketSent
• DIO2: Délai d'attente

Les deux modes n'ont besoin que de 2 broches, mais l'émetteur-récepteur ne permet pas de les mapper de manière à ce que toutes les interruptions nécessaires soient mappées sur les mêmes 2 broches. Ainsi, si les modes LoRa et FSK sont utilisés, les trois broches doivent être connectées. Les broches utilisées du côté Arduino doivent être configurées dans le mappage des broches de votre croquis (voir ci-dessous). Réinitialiser L'émetteur-récepteur a une broche de réinitialisation qui peut être utilisée pour le réinitialiser explicitement. La bibliothèque LMIC l'utilise pour s'assurer que la puce est dans un état cohérent au démarrage. En pratique, cette broche peut être laissée déconnectée, car l'émetteur-récepteur sera déjà dans un état sain à la mise sous tension, mais sa connexion peut éviter des problèmes dans certains cas. Côté Arduino, n'importe quelle broche d'E/S peut être utilisée. Le numéro de broche utilisé doit être configuré dans le mappage des broches (voir ci-dessous).

L'émetteur-récepteur contient deux connexions d'antenne distinctes: une pour RX et une pour TX. Une carte émetteur-récepteur typique contient une puce de commutation d'antenne, qui permet de commuter une seule antenne entre ces connexions RX et TX. Un tel commutateur d'antenne peut généralement être informé de sa position via une broche d'entrée, souvent étiquetée RXTX. Le moyen le plus simple de contrôler le commutateur d'antenne est d'utiliser la broche RXTX sur l'émetteur-récepteur SX127x. Cette broche est automatiquement réglée haut pendant TX et bas pendant RX. Par exemple, les cartes HopeRF semblent avoir cette connexion en place, elles n'exposent donc aucune broche RXTX et la broche peut être marquée comme inutilisée dans le mappage des broches. Certaines cartes exposent la broche du commutateur d'antenne, et parfois aussi la broche SX127x RXTX. Par exemple, la carte d'évaluation SX1272 appelle l'ancien FEM_CTX et le dernier RXTX. Encore une fois, il suffit de les connecter avec un cavalier est la solution la plus simple. Alternativement, ou si la broche SX127x RXTX n'est pas disponible, LMIC peut être configuré pour contrôler le commutateur d'antenne. Connectez la broche de commande du commutateur d'antenne (par exemple FEM_CTX sur la carte d'évaluation Semtech) à n'importe quelle broche d'E/S du côté Arduino et configurez la broche utilisée dans la carte des broches (voir ci-dessous). Cependant, il n'est pas tout à fait clair pourquoi ne voudrait pas que l'émetteur-récepteur contrôle directement l'antenne.

Étape 3: Impression 3D d'un boîtier

Une fois que tout était opérationnel, j'ai décidé d'imprimer en 3D un boîtier pour le module pour un design plus esthétique.

Avec le produit final en main, l'installation dans le trou d'homme et l'obtention de résultats en temps réel sur un tableau de bord étaient faciles. Les valeurs de concentration de gaz en temps réel avec l'indication du niveau d'eau ont permis aux autorités d'adopter une approche proactive ainsi qu'un moyen plus sûr de résoudre le problème.