ҰШҚ үшін экологиялық сенсорлық қондырғы: 18 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Бұл нұсқаулықтың мақсаты - DJI Phantom 4 ұшқышсыз ұшағымен бірге Integrated Solutions Technology экологиялық сенсорлық жүйесін құру, бекіту және пайдалану әдістерін сипаттау. Бұл сенсорлық пакеттер дронды OSHA және EPA стандарттарымен салыстырғанда көміртегі тотығы (СО), көмірқышқыл газы (СО2) және сұйық пропан газының (LPG) ағымдағы қауіп деңгейін анықтау үшін ықтимал қауіпті ортаға тасымалдау үшін пайдаланады. Бұл нұсқаулықта сәулелену датчигі көрсетілгенімен, ол газ датчиктерінің жеке элементі ретінде жұмыс істейтінін және көрсетілген соңғы өнім тек жоғарыда көрсетілген газ датчигінің компоненттерін қамтитынын ескеру маңызды.

1 -қадам: Қажетті құралдарды, бағдарламалық қамтамасыз ету мен материалдарды жинаңыз

Қолданылатын құралдар:

1. Arduino бағдарламалық жасақтамасы (https://www.arduino.cc/kz/Main/Software)
2. Қысқыштар
3. Абразивті пышақпен кесілген үстел
4. Үстел тартқышы

Қолданылатын материалдар:

1. DJI Phantom 4
2. Ардуино Уно
3. Jackery сыртқы батареясы 3350 мАч
4. Стандартты тақта
5. Көміртек оксиді датчигі - MQ - 7
6. Сұйық пропан газ сенсоры - MQ - 6
7. Көмірқышқыл газының CO2 датчигі - MG - 811
8. AK9750 Si7021 Ылғалдылық пен температура сенсоры
9. Қалта Geiger радиациялық сенсоры - 5 тип
10. Bluetooth модемі - BlueSMiRF Gold
11. Жұмсақ болат ілгіш белдіктер
12. SparkFun өнертапқыштар жинағы
13. 3M екі жақты бекіту таспасы

2 -қадам: сенсор мен микроконтроллер сымдарын жинаңыз

Құралдың дұрыс жұмыс істеуі үшін қажетті кіріс және шығыс түйреуіштерін анықтау үшін өнім өндірушісінің барлық сенсорлық мәліметтер парағына қол жеткізіңіз. Газ бен радиациялық пакеттерде қамтылған барлық компоненттерге тиімді бағдар құру үшін әрбір сенсор мен модуль бір нан тақтасына біріктірілмес бұрын микроконтроллерге қосылған кезде оның жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін бөлек сыммен қосылуы керек. Айқындықты қамтамасыз ету үшін негізгі тізбек пен кодтың әр түрін құру процесі келесі қадамдарда қамтылған.

3 -қадам: көміртегі тотығы MQ - 7 датчигінің кіріс және шығыс түйреуіштерін анықтаңыз

Жоғарыдағы диаграммада көрсетілгендей, СО құрамдас бөлігінде 5В микроконтроллер қуат көзіне қосылған оң жақтағы рельсте үш кіріс кернеу түйреуі болуы керек. Аналогты кіріс түйреуіші A0, A1, A2 және т.б.мен белгіленген микроконтроллер түйреуіштерінің кез келгеніне қосылады, ал жерге қосу түйреуіштері микроконтроллердің жерге түйреуіштеріне қосылады. Ақырында, төменгі сол жақ сенсорлық түйреуішті жерге қосу үшін 10К Ом резисторы қолданылады. Бұл түйін осы жүйеде қолданылатын CO2 және LPG сенсорларына қолданылатынын ескеру маңызды.

4 -қадам: Сенсорды Pinout сәйкес микроконтроллердің кіріс және шығыс түйреуіштеріне қосыңыз

Алдыңғы қадамдарда талқыланғандай, бір түйреуіш микроконтроллерге аналогтық кіріс түйреуіші ретінде тағайындалған. Жоғарыда көрсетілген және келесі қадамда жүктеуге болатын негізгі кодта анықталған аналогтық түйреуіш A0 түйреуіші болып табылады. Осы белгіге сәйкес, жоғарғы сол жақ түйреуішті микроконтроллердің A0 түйреуішіне жалғаңыз. Содан кейін, жалпы 5В кіріс және жер үсті рельсін сол жақ шеткі тақтаның электрлік рельсін («-» белгісімен белгіленген) жерге қосқышқа және оң жақтағы рельске («+») 5В істікшеге қосу арқылы орнатуға болады. Нан тақтасын осылайша сым арқылы сенсорлық түйреуіштерді микроконтроллерге таза қосылуға мүмкіндік беретін тікелей тақтаның рельстеріне қосуға болады. Бұл құрылым жоғарыдағы негізгі тізбектің суреттерінде көрсетілген.

5 -қадам: Газ сенсорының негізгі кодын жүктеңіз

Қосылғаннан кейін, компоненттің сымды екенін тексеру үшін интерфейстің жоғарғы сол жағындағы көрсеткіні басу арқылы SparkFun өнім бетінен алынған https://www.sparkfun.com/products/9403; тіркелген) Arduino негізгі кодын жүктеңіз. түйреуішке сәйкес.

6 -қадам: Жұмысты қамтамасыз ету үшін сериялық мониторды ашыңыз

Интерфейстің жоғарғы оң жағындағы үлкейткіш әйнектің белгісін таңдау арқылы сериялық мониторды ашыңыз. Бұл жоғарыда көрсетілген бөлек терезені ашады, онда сенсордың шығысы, бастапқыда кернеудің көрсеткіші көрсетіледі. Егер деректер сериялық мониторда көрсетілгендей көрсетілмесе, analogRead функциясы осы процестің алдыңғы кезеңдерінде қосылған аналогтық түйреуіштің дұрыс санына сілтеме жасайтынын тексеріңіз.

7-қадам: Сұйытылған газ және көмірқышқыл газының сенсорлары үшін 3-6 қадамдарды қайталаңыз

Қосымша сенсорлардың жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін түйреуіштер, сенсор сымдары мен код жүктеу анықтамасын қайталаңыз.

8 -қадам: Wark SparkFun Si7021 ылғалдылық пен температура сенсоры (міндетті емес)

Газ датчиктерінде көрсетілген жалпы процесс температура мен ылғалдылық сенсоры үшін де қолданылады. Бірақ түйреуіш газ датчиктерінен ерекшеленеді және жоғарыда көрсетілген. VCC түйреуіші (сенсордағы оң жақтан екінші) 5 немесе 3,3 вольтты микроконтроллердің қуат көзіне қосылады, ал газдық сенсор сымында көрсетілгендей жерге тұйықталу микроконтроллердің жерге қосылады. Аналогтық шығыс түйреуішінің орнына бұл сенсорда деректерді өңдеу үшін микроконтроллерге сенсордан беруге жауапты SDA және SCL шығыс түйреуіштері бар. Бұл сенсорды деректер парағының мәндерімен салыстырғанда газ сенсорының өлшеу дәлдігін тексеру үшін пайдалануға болады.

9 -қадам: Si7021 ылғалдылық пен температура сенсоры SparkFun базалық кодын жүктеңіз

Сымдардың құрылысы аяқталғаннан кейін тізбектің дұрыс құрылуын қамтамасыз ету үшін бекітілген үлгі коды (https://www.sparkfun.com/products/13763 сайтынан алынған) микроконтроллерге жүктелуі керек. Газ сенсорының кодымен сипатталғандай, сериялық мониторға кіру арқылы компонент температура мен ылғалдылықты жіберетінін тексеріңіз. Бұл базалық код екі түрлі SparkFun компоненттерінің кітапханаларын пайдалануды қамтитынын ескеру маңызды. Бұл кодты микроконтроллерге құрастыру және жүктеу үшін қолданушы 9 -қадамда көрсетілген әдістер арқылы осы кітапханаларды орнатуы қажет.

10 -қадам: Arduino компоненттік кітапханаларын қосыңыз

Arduino кітапханаларының кодтарға енгізілуі 8 -қадам кодының жоғарғы жағында көрсетілгендей #include пәрменін қолдану арқылы анықталады. Бұл кітапханаларды қоспай -ақ, код микроконтроллерге жинай алмайды немесе жүктей алмайды. Бұл кітапханаларға кіру және орнату үшін эскиздер қойындысына өтіп, Кітапхананы қосу тармағын кеңейтіңіз және Кітапханаларды басқару тармағын таңдаңыз. Қажетті кітапхана атауын теріңіз (#include командасынан кейін пайда болатын мәтін), қажетті опцияны нұқыңыз, нұсқаны таңдап, орнату түймесін басыңыз.

11 -қадам: сымды қалта Geiger радиациялық сенсоры - 5 түрі

Бұрын айтылғандай, бұл компонент газ датчиктерінен бөлек қосылады. Бұл өнімді баптаған кезде процесс бұрынғыдай болады; жоғарыда көрсетілгендей түйіспе түйреуіштерді тиісті шығыс сымдарына жалғаңыз. VCC түйреуішін микроконтроллерде орналасқан 5В көзіне және газ сенсорларындағыдай жерге тұйықтағышты микроконтроллер жерге қосыңыз. Содан кейін сигнал мен шу түйреуіштерін сәйкесінше микроконтроллердің 2 және 5 түйреуіштеріне қосыңыз. Бұл тапсырманы орындағаннан кейін, Github арқылы https://www.sparkfun.com/products/142090) radiation-watch.org сайтынан бейімделген негізгі кодты жүктеңіз және бұл компонент пайдалануға дайын.

12 -қадам: Сенсорлық интеграцияланған сымдарды жасаңыз

Әр датчиктің жұмыс қабілеттілігін растау үшін жеке сымдарды қосқаннан кейін, жоғарыда суретте көрсетілгендей сенсорлардың барлығы тақтаға қосылатындай етіп әр сенсор сымдарын конденсацияланған форматта біріктіруді бастаңыз. Төмендегі кодтар жүктелместен бұрын өзгертілмеуі үшін қажетті компоненттерге тиісті Arduino түйреуіштерін дұрыс қосу үшін жоғарыдағы кестеге сілтеме жасаңыз. Конденсацияланған форматты қолдау үшін жалпы қуат пен жер үсті рельсін қолданыңыз, бір панельдік қуат рельсін 5В, екіншісін 3.3В. Arduino микроконтроллерінің жерге тұйықталуына қосылымды қамтамасыз ете отырып, екі жерлік рельсті бірге қосыңыз. Аяқтағаннан кейін тақтаға жиналған газ сенсорының мүмкіндіктеріне қол жеткізу үшін бекітілген кодты жүктеңіз. Қосылған Arduino коды газ датчиктерін, сондай-ақ температура мен ылғалдылық сенсорларын басқарады және олардың өлшеу деректерін сериялық монитор арқылы миллионға шаққанда көрсетеді. Ол сондай -ақ өлшенген деректердің қауіптілік деңгейінің жіктелуін қамтамасыз етеді. Сәулелену датчигі уақыт өлшеміне (яғни минутына есептеуге) сүйенуі мүмкін, сондықтан бұл компонентті газ датчиктерінен бөлек жұмыс істеу ұсынылады. Бұл айырмашылықты қолдау үшін CO, LPG және CO2 сенсорлары микроконтроллер Bluetooth модулімен жұптастырылған кезде талқыланатын жалғыз компоненттер болады. Дегенмен, сәулелік сенсормен бірдей нәтижеге жету үшін келесі процесті орындауға болатынын ескеру маңызды.

13 -қадам: Телефон мен модуль арасында Bluetooth байланысын бастаңыз

Қажетті сенсорлық жүйе жиналған, кодталған және конденсацияланғаннан кейін, келесі қадам - жүйеге пайдаланушы құрылғысын сымсыз қосу. Бұл пайдаланушыға қауіпті аймақтан алыс қашықтықта тікелей сенсор көрсеткіштерін жіберуге мүмкіндік береді. Сенсорлық жүйе мен пайдаланушы құрылғысының қосылуы Arduino BlueSMiRF Bluetooth модулімен жеңілдетіледі. Бұл модуль Google Play дүкенінен жүктеуге болатын «Arduino Bluetooth Data» мобильді қосымшасына қосылады. Бұл интерфейс газ датчиктерінен, адамның қатысуынан немесе сәулелену сенсорларынан алынған көрсеткіштерді тікелей көрсетеді және 350 футқа дейін қол жетімді болады және пайдаланушыға сенсор көрсеткіштерінің өзгеруі туралы хабарлайды, сонымен қатар қауіпті деңгейлерді бағалауға мүмкіндік береді. экологиялық қауіптер OSHA және EPA ережелеріне қатысты анықталады.

Датчиктерде көрсетілгендей, компонентті баптауды инициализациялау және жұмысқа қабілеттілікті бағалау үшін компонент жеке сыммен қосылуы керек. Жоғарыдағы суретте көрсетілген компоненттер диаграммасын қолдана отырып, компонент 5В қуат кірісі мен жерге тұйықталу сымымен қосылады, ал TX және RX компоненттік түйреуіштері пайдаланушы анықтайтын екі сандық түйреуге қосылады. Суретте көрсетілгендей, TX түйреуіші екінші цифрлық істікке тағайындалды, ал RX үшінші ретінде анықталды. Бұл тапсырманы орындағаннан кейін компоненттерді орнатуды бастау үшін төменде берілген мысал кодын іске қосыңыз. Бұл кезде компоненттің жарық диоды қызыл түспен баяу жыпылықтауы керек. Сериялық мониторға кіріңіз және ашылмалы жолақтарда сәйкесінше «Жол аяқталмайды» және «9600 бауд» дегенді оқу үшін терезенің төменгі жағындағы опцияларды ауыстырыңыз. Содан кейін пәрмен жолағына «$$$» енгізіңіз және «Жіберу» түймесін басыңыз. Бұл компонентте «Командалық режимді» бастайды және жарықдиодты қызыл реңкті тез жыпылықтайды. Сонымен қатар, компонент сериялық мониторға «CMD» хабарламасын жібереді.

Орнатуды бастамас бұрын «Newline» және «9600 baud» оқу үшін сериялық монитордың ашылмалы параметрлерін қайта ауыстырып қосыңыз. Зауыттық атауды қосқанда, компонент параметрлерін көрсету үшін сериялық мониторға «D» және «E» пәрмендерін жіберу. Ұялы телефонмен жұптастыру үшін Bluetooth параметрлерін ашып, Bluetooth модулінің берілген атауын таңдаңыз (берілген мысал үшін ECEbluesmirf). Бұл таңдаудан кейін Bluetooth қосылған құрылғыларды іздеу үшін «Мен» пәрменін жіберіңіз. Бірінші нөмір екі құрылғыны синхрондау үшін «С, Бірінші нөмір» жіберу арқылы қолданылады. Аяқтағаннан кейін Bluetooth жарық диоды тұрақты жасылға айналады.

14 -қадам: Жүйені мобильді қосымшаға қосыңыз - Android пайдаланушылары

Android құрылғысында сенсорлық деректерге қол жеткізу үшін Google Play дүкенінен «Arduino Bluetooth Data» мобильді қосымшасын жүктеңіз. Мобильді қосымшаны ашып, қосылу үшін пайдаланушы интерфейсіндегі Bluetooth модулінің атауын түртіңіз. Сұралған кезде, қабылдағыш ретінде қолданбаны таңдаңыз. Сенсорлық мәліметтерді көрсететін интерфейс көрсетіледі және модульде тұрақты жасыл жарық диоды болады. Аяқтағаннан кейін сенсорларды іске қосу және экологиялық қауіп туралы деректерді алу үшін бекітілген кодты жүктеңіз. Сенсорлардың аттары жоғарыдағы скриншотқа жету үшін қолданылған сенсорларды орналастыру үшін жаңартылуы мүмкін.

15 -қадам: Сенсорлық жүйені бекіту үшін тірек жақшаларын жасаңыз

Сенсорлық жүйені жинау үшін DJI Phantom 4 дронына бекіту үшін екі жұмсақ болат ілгіш пен 3М екі жақты жабысқақ таспаны қолдану қажет. Бірінші қадам - жұмсақ болат ілгіш белдіктерді дронға бүгу және пішіндеу. Бұл 23 дюймдік бастапқы баудың жалпы ұзындығын қажет етеді. Бұл қораптан абразивті пышағы бар үстелдің арасын қолданып, бірдей белдіктерді кесіңіз. Содан кейін, бүршіктерді кетіру үшін ұштарын ұнтақтаңыз. Процестің нәтижесі жоғарыда көрсетілген фигуралардың біріншісінде көрсетілген. Бұл процесте сіз белдіктердің ұштарын әлсіретпеу үшін ашық ойықтарды кесіп алмаңыз.

Келесі қадам дронға сәйкес келу үшін белдіктердің иілуін қажет етеді. Болаттарды майыстыру үшін бауды рельстердің төменгі жағына қою үшін қысқыштарды пайдалану ұсынылады. Бауды ұшқышсыз ұшатын рельстерге ортаға қойып, рельс аяқтарының шеті қай жерде екенін белгілеңіз. Бұл болаттарды қай жерде майыстыру керектігін көрсетеді. Бауды сырғып кетпес үшін қоршауды айналдырғанша кішкене қадаммен бүгіңіз.

16 -қадам: Жүйені дронға жинаңыз

Сенсорлық жүйені құрастырудың мысалы жұмсақ болаттан жасалған ілгіштер мен жабысқақ таспаның көмегімен көрсетіледі. Бұрын талқыланғандай, жұмсақ болат ілгіш белдіктер бүгіліп, ұшақтың түбіне орналастырылды, осылайша компоненттер отыруға платформа құрылды. Бұл аяқталғаннан кейін, компоненттерді желіммен бекітіңіз, бірақ олар дронның қалыпты жұмысына кедергі жасамайды. Кеңістікті қамтамасыз ету үшін мысалда сыртқы батареяны, микроконтроллерді және нан тақтасын қолдайтын екі ілгіш белдік қолданылады. Сонымен қатар, датчиктер дронның артқы жағында орналасқан.

17 -қадам: Қауіп -қатерді бағалау үшін осы жүйені қолдану

Бұл жүйе ұсынатын қауіптілік деңгейінің ауырлығын анықтау үшін келесі стандарттарға жүгіну қажет. Жасыл - қызығушылық тудыратын аймақтағылар үшін қауіпсіз ортаны білдіреді, ал күлгін - қоршаған ортаға зиянды әсер ететін ең нашар концентрацияны көрсетеді. Қолданылатын түстер жүйесі EPA ауа сапасының жалаушасы бағдарламасынан алынған.

Көміртек тотығы (OSHA)

• 0-50 PPM (жасыл)
• 50-100 PPM (сары)
• 100-150 PPM (қызғылт сары)
• 150-200 PPM (Қызыл)
• > 200 PPM (күлгін)

Сұйық пропан газы (NCBI)

• 0-10, 000 PPM (Жасыл)
• 10, 000-17, 000 PPM (Сары)
• > 17 000 PPM (Қызыл)

Көмірқышқыл газы (CCS ғаламдық институты)

• 0-20, 00 PPM (Жасыл)
• 20, 000-50, 000 PPM (сары)
• 50, 000-100, 000 PPM (қызғылт сары)
• 100, 000-150, 000 PPM (Қызыл)
• > 150 000 PPM (күлгін)

18 -қадам: Өлшенген деректерді жинау үшін жүйені қолданыңыз

Соңғы жинау аяқталғаннан кейін жүйе жұмыс істеуге дайын. Микроконтроллерге сенсорлық жүйені басқаруға рұқсат беру үшін қажетті код жүктелгендіктен, микроконтроллерді компьютерді алмастыру үшін мобильді аккумуляторлық пакетке қосуға болады. Жүйе экологиялық қауіпті бағалауға қолдануға дайын!