Sewer'Sway: 3 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Proses pembersihan saluran pembuangan saat ini bersifat reaktif daripada proaktif. Panggilan telepon terdaftar jika saluran saluran pembuangan tersumbat di suatu daerah. Selain itu, sulit bagi pemulung manual untuk membidik titik kesalahan. Mereka menggunakan metode hit-and-trial untuk melakukan proses pembersihan di beberapa lubang got di area yang terkena dampak, membuang banyak waktu. Selain itu, konsentrasi tinggi gas beracun menyebabkan lekas marah, sakit kepala, kelelahan, infeksi sinus, bronkitis, pneumonia, kehilangan nafsu makan, ingatan buruk, dan pusing.

Solusinya adalah merancang prototipe, yang merupakan perangkat kecil - dengan faktor bentuk pena - yang disematkan ke tutup lubang got. Bagian bawah perangkat yang terbuka ke bagian dalam lubang got saat tutupnya tertutup - terdiri dari sensor yang mendeteksi ketinggian air di dalam saluran pembuangan dan konsentrasi gas yang meliputi metana, karbon monoksida, karbon dioksida, dan nitrogen oksida. Data dikumpulkan ke stasiun induk, yang berkomunikasi dengan perangkat ini yang dipasang di setiap lubang got melalui LoRaWAN, dan mengirimkan data ke server cloud, yang menampung dasbor untuk tujuan pemantauan. Selanjutnya, ini menjembatani kesenjangan antara otoritas kota yang bertanggung jawab atas pemeliharaan saluran pembuangan dan pengumpulan sampah. Pemasangan perangkat ini di seluruh kota akan memungkinkan solusi pencegahan untuk mengidentifikasi dan menentukan lokasi saluran pembuangan yang tersumbat sebelum air limbah mencapai permukaan.

Perlengkapan

1. Sensor ultrasonik - HC-SR04

2. Sensor gas - MQ-4

3. Gerbang LoRa - Raspberry pi 3

4. Modul LoRa - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Modul bel

7. 500mAh, baterai Li-ion 3.7V

Langkah 1:

Untuk prototipe pertama, saya menggunakan tic-tac (kotak permen segar) sebagai penutupnya. Pemasangan sensor ultrasonik dilakukan sedemikian rupa sehingga dapat mengarahkan Tx dan Rx ke arah aliran sewerage. Koneksi ke sensor ultrasonik dan sensor gas sangat mudah. Hanya perlu menyalakan masing-masing sensor dan menggunakan salah satu dari 8 pin digital yang tersedia di NodeMCU untuk membaca data. Saya telah menarik koneksi untuk pemahaman yang lebih baik.

Langkah 2: Berkenalan Dengan SEMTECH SX1272

Langkah kami selanjutnya adalah menginstal perpustakaan di NodeMCU kami.

Anda dapat menemukan perpustakaan ke modul Semtech LoRa di tautan ini:

Untuk menginstal perpustakaan ini:

• Instal menggunakan manajer Perpustakaan Arduino ("Sketsa" -> "Sertakan Perpustakaan" -> "Kelola Perpustakaan…"), atau
• Unduh file zip dari github menggunakan tombol "Unduh ZIP" dan instal menggunakan IDE ("Sketsa" -> "Sertakan Perpustakaan" -> "Tambahkan Perpustakaan. ZIP…"
• Kloning repositori git ini ke folder sketchbook/libraries Anda.

Untuk membuat perpustakaan ini berfungsi, Arduino Anda (atau papan apa pun yang kompatibel dengan Arduino yang Anda gunakan) harus terhubung ke transceiver. Koneksi yang tepat sedikit tergantung pada papan transceiver dan Arduino yang digunakan, jadi bagian ini mencoba menjelaskan untuk apa setiap koneksi dan dalam kasus apa (tidak) diperlukan.

Perhatikan bahwa modul SX1272 berjalan pada 3.3V dan kemungkinan tidak menyukai 5V pada pinnya (meskipun lembar data tidak mengatakan apa-apa tentang ini, dan transceiver saya jelas tidak rusak setelah secara tidak sengaja menggunakan 5V I/O selama beberapa jam). Agar aman, pastikan untuk menggunakan shifter level, atau Arduino yang berjalan pada 3.3V. Papan evaluasi Semtech memiliki resistor 100 ohm secara seri dengan semua jalur data yang dapat mencegah kerusakan, tetapi saya tidak akan mengandalkan itu.

Transceiver SX127x membutuhkan tegangan suplai antara 1.8V dan 3.9V. Menggunakan pasokan 3.3V adalah tipikal. Beberapa modul memiliki satu pin daya (seperti modul HopeRF, berlabel 3.3V) tetapi yang lain mengekspos beberapa pin daya untuk bagian yang berbeda (seperti papan evaluasi Semtech yang memiliki VDD_RF, VDD_ANA dan VDD_FEM), yang semuanya dapat dihubungkan bersama. Pin GND apa pun harus terhubung ke pin Arduino GND.

Cara utama untuk berkomunikasi dengan transceiver adalah melalui SPI (Serial Peripheral Interface). Ini menggunakan empat pin: MOSI, MISO, SCK dan SS. Tiga yang pertama harus terhubung langsung: jadi MOSI ke MOSI, MISO ke MISO, SCK ke SCK. Di mana pin ini berada di Arduino Anda bervariasi, lihat misalnya bagian "Koneksi" dari dokumentasi Arduino SPI. Koneksi SS (slave select) sedikit lebih fleksibel. Di sisi slave SPI (transceiver), ini harus terhubung ke pin (biasanya) berlabel NSS. Di sisi master SPI (Arduino), pin ini dapat terhubung ke pin I/O manapun. Kebanyakan Arduino juga memiliki pin berlabel "SS", tetapi ini hanya relevan ketika Arduino bekerja sebagai budak SPI, yang tidak terjadi di sini. Pin apa pun yang Anda pilih, Anda perlu memberi tahu perpustakaan pin apa yang Anda gunakan melalui pemetaan pin (lihat di bawah).

Pin DIO (I/O digital) pada papan transceiver dapat dikonfigurasi untuk berbagai fungsi. Pustaka LMIC menggunakannya untuk mendapatkan informasi status instan dari transceiver. Misalnya, ketika transmisi LoRa dimulai, pin DIO0 dikonfigurasi sebagai output TxDone. Ketika transmisi selesai, pin DIO0 dibuat tinggi oleh transceiver, yang dapat dideteksi oleh perpustakaan LMIC. Pustaka LMIC hanya membutuhkan akses ke DIO0, DIO1 dan DIO2, pin DIOx lainnya dapat dibiarkan terputus. Di sisi Arduino, mereka dapat terhubung ke pin I/O apa pun, karena implementasi saat ini tidak menggunakan interupsi atau fitur perangkat keras khusus lainnya (meskipun ini mungkin ditambahkan dalam fitur, lihat juga bagian "Waktu").

Dalam mode LoRa pin DIO digunakan sebagai berikut:

• DIO0: TxDone dan RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Mode FSK mereka digunakan sebagai berikut::

• DIO0: PayloadReady dan PacketSent
• DIO2: Waktu Habis

Kedua mode hanya membutuhkan 2 pin, tetapi transceiver tidak mengizinkan pemetaan sedemikian rupa sehingga semua interupsi yang diperlukan memetakan ke 2 pin yang sama. Jadi, jika mode LoRa dan FSK digunakan, ketiga pin harus terhubung. Pin yang digunakan di sisi Arduino harus dikonfigurasi dalam pemetaan pin di sketsa Anda (lihat di bawah). Reset Transceiver memiliki pin reset yang dapat digunakan untuk meresetnya secara eksplisit. Pustaka LMIC menggunakan ini untuk memastikan chip dalam keadaan konsisten saat startup. Dalam praktiknya, pin ini dapat dibiarkan terputus, karena transceiver sudah dalam keadaan waras saat dihidupkan, tetapi menghubungkannya mungkin mencegah masalah dalam beberapa kasus. Di sisi Arduino, pin I/O apa pun dapat digunakan. Nomor pin yang digunakan harus dikonfigurasi dalam pemetaan pin (lihat di bawah).

Transceiver berisi dua koneksi antena terpisah: Satu untuk RX dan satu untuk TX. Papan transceiver tipikal berisi chip sakelar antena, yang memungkinkan pengalihan antena tunggal antara koneksi RX dan TX ini. Pengalih antena seperti itu biasanya dapat diberi tahu posisi apa yang seharusnya melalui pin input, yang sering diberi label RXTX. Cara termudah untuk mengontrol sakelar antena adalah dengan menggunakan pin RXTX pada transceiver SX127x. Pin ini secara otomatis disetel tinggi selama TX dan rendah selama RX. Misalnya, papan HopeRF tampaknya memiliki koneksi ini, sehingga mereka tidak mengekspos pin RXTX apa pun dan pin tersebut dapat ditandai sebagai tidak digunakan dalam pemetaan pin. Beberapa papan memang mengekspos pin pengalih antena, dan terkadang juga pin SX127x RXTX. Misalnya, papan evaluasi SX1272 memanggil yang pertama FEM_CTX dan yang terakhir RXTX. Sekali lagi, cukup menghubungkan ini bersama-sama dengan kabel jumper adalah solusi termudah. Atau, jika pin SX127x RXTX tidak tersedia, LMIC dapat dikonfigurasi untuk mengontrol sakelar antena. Hubungkan pin kontrol sakelar antena (misalnya FEM_CTX pada papan evaluasi Semtech) ke pin I/O mana pun di sisi Arduino, dan konfigurasikan pin yang digunakan di peta pin (lihat di bawah). Tidak sepenuhnya jelas mengapa tidak ingin transceiver mengontrol antena secara langsung.

Langkah 3: Mencetak Enklosur 3D

Setelah semuanya siap dan berjalan, saya memutuskan untuk mencetak kasing 3D untuk modul agar desain terlihat lebih baik.

Dengan produk akhir di tangan, Pemasangan di man-hole dan mendapatkan hasil real-time di dasbor menjadi mudah. Nilai konsentrasi gas real-time dengan indikasi ketinggian air memungkinkan pihak berwenang untuk melakukan pendekatan proaktif bersama dengan cara yang lebih aman untuk mengatasi masalah tersebut.