Shtojca e Sistemit të Sensorit Mjedisor për UAV: 18 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Qëllimi i këtij udhëzuesi është të përshkruajë mënyrën e ndërtimit, bashkëngjitjes dhe funksionimit të sistemit të sensorit mjedisor të Teknologjisë së Zgjidhjeve të Integruara në lidhje me një dron DJI Phantom 4. Këto pako sensore përdorin dronin për të transportuar në mjedise potencialisht të rrezikshme për të identifikuar nivelet aktuale të rrezikut të monoksidit të karbonit (CO), dioksidit të karbonit (CO2) dhe gazit të propanit të lëngshëm (LPG) në krahasim me standardet OSHA dhe EPA. Isshtë e rëndësishme të theksohet se megjithëse një sensor rrezatimi tregohet gjithashtu në këtë Udhëzues, ai do të funksionojë si një njësi e veçantë për sensorët e gazit dhe produkti përfundimtar i treguar do të përfshijë vetëm përbërësit e sensorit të gazit të listuar më sipër.

Hapi 1: Mblidhni mjetet, softuerin dhe materialet e nevojshme

Mjetet e përdorura:

1. Softueri Arduino (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
2. Pincë
3. Tabela e sharruar me teh gërryes
4. Mulli Tabela

Materialet e përdorura:

1. DJI Phantom 4
2. Arduino Uno
3. Bateri e jashtme Jackery 3350mAh
4. Standard Breadboard
5. Sensori i monoksidit të karbonit - MQ - 7
6. Sensori i gazit të propanit të lëngshëm - MQ - 6
7. Sensori i dioksidit të karbonit CO2 - MG - 811
8. AK9750 Si7021 Sensori i lagështisë dhe temperaturës
9. Sensori i rrezatimit të xhepit Geiger - Lloji 5
10. Modemi Bluetooth - Ari BlueSMiRF
11. Rripa të varur prej çeliku të butë
12. Kompleti i Shpikësit SparkFun
13. Shirit montimi me dy anë 3M

Hapi 2: Mblidhni telat e sensorit dhe mikrokontrolluesit

Qasuni në të gjitha fletët e të dhënave të sensorit nga prodhuesi i produktit për të përcaktuar kunjat e hyrjes dhe daljes të nevojshme për funksionimin e duhur të komponentit. Për të ndërtuar një orientim efikas për të gjithë komponentët e ofruar në paketat e gazit dhe rrezatimit, secili sensor dhe modul duhet të lidhen veçmas për të siguruar që ai të jetë funksional kur lidhet me mikrokontrolluesin para integrimit në një dërrasë të vetme. Për të siguruar qartësi, procesi i ndërtimit të secilit lloj qarku dhe kodi bazë përmbahet në hapat e mëposhtëm.

Hapi 3: Përcaktoni kunjat e hyrjes dhe daljes për sensorin e monoksidit të karbonit MQ - 7

Siç tregohet në diagramin e mësipërm, komponenti CO duhet të ketë tre kunja të tensionit hyrës në shinën më të djathtë që janë të lidhura me furnizimin me energji të mikrokontrolluesit 5V. Kunja hyrëse analoge do të lidhet me cilindo nga kunjat e mikrokontrolluesit të etiketuar A0, A1, A2, etj., Ndërsa kunjat e tokëzimit janë të lidhur me kunjat e tokëzimit të mikrokontrolluesit. Së fundi, një rezistencë 10K ohm përdoret për të lidhur pinin e poshtëm të majtë të sensorit me tokën. Shtë e rëndësishme të theksohet se ky pinout është i zbatueshëm për sensorët e CO2 dhe LPG që përdoren gjithashtu në këtë sistem.

Hapi 4: Lidhni sensorin në përputhje me Pinout me kunjat e hyrjes dhe daljes së mikrokontrolluesit

Siç u diskutua në hapat e mëparshëm, një kunj është caktuar si një pin hyrës analog për mikrokontrolluesin. Në kodin bazë të shfaqur më lart, dhe i disponueshëm për shkarkim në hapin tjetër, kunja analoge e përcaktuar është pin A0. Në përputhje me këtë përcaktim, lidhni kunjin e sipërm të majtë në kunjin A0 të mikrokontrolluesit. Pastaj, një hekurudhë e zakonshme 5V hyrëse dhe tokësore mund të vendoset duke lidhur hekurudhën më të majtë të rrymës së bukës (e caktuar nga simboli "-") në kunjin e tokës dhe hekurudhën më të djathtë ("+") në kunjin 5V. Duke instaluar tabelat e bukës në këtë mënyrë, kunjat e sensorit mund të lidhen drejtpërdrejt me binarët e bordit të bukës, duke lejuar lidhje të pastra me mikrokontrolluesin. Kjo strukturë është paraqitur në fotografitë e qarkut bazë më sipër.

Hapi 5: Shkarkoni Kodin Bazë të Sensorit të Gazit

Pasi të lidheni, ngarkoni kodin bazë Arduino të marrë nga faqja e produktit e SparkFun (https://www.sparkfun.com/products/9403; bashkangjitur) duke shtypur shigjetën e vendosur në pjesën e sipërme të majtë të ndërfaqes për të verifikuar që përbërësi është i lidhur në në përputhje me pinout.

Hapi 6: Hapni Monitorin Serial për të siguruar funksionueshmërinë

Hapni monitorin serik duke zgjedhur ikonën e xhamit zmadhues në pjesën e sipërme të djathtë të ndërfaqes. Kjo do të hapë një dritare të veçantë të treguar më sipër, ku do të shfaqet dalja e sensorit, fillimisht një lexim i tensionit. Nëse të dhënat nuk shfaqen në monitorin serik siç tregohet, verifikoni që funksioni analogRead po i referohet numrit të saktë të pinit analog të lidhur në fazat e hershme të këtij procesi.

Hapi 7: Përsëritni Hapat 3-6 për Sensorët e Gazit LPG dhe Dioksidit të Karbonit

Përsëriteni përkufizimin e kunjave, telave të sensorëve dhe ngarkimit të kodit për të siguruar funksionimin e sensorëve shtesë.

Hapi 8: Sensori i lagështisë dhe temperaturës Wire SparkFun Si7021 (Opsionale)

I njëjti proces i përgjithshëm i përshkruar për sensorët e gazit do të zbatohet për sensorin e temperaturës dhe lagështisë. Sidoqoftë, pinout ndryshon nga sensorët e gazit dhe shfaqet më lart. Kunja VCC (e dyta nga e djathta në sensor) do të lidhet me një burim energjie të mikrokontrolluesit 5 ose 3.3 V dhe kunja e tokëzimit do të lidhet me tokën e mikrokontrolluesit siç shihet në instalimet elektrike të sensorit të gazit. Në vend të një kunje dalëse analoge, ky sensor përmban kunjat e daljes SDA dhe SCL që janë përgjegjës për transmetimin e të dhënave nga sensori në mikrokontrolluesin për përpunim. Ky sensor mund të përdoret për të verifikuar saktësinë e matjeve të sensorit të gazit në krahasim me vlerat e tyre të fletës së të dhënave.

Hapi 9: Shkarkoni Kodin bazë të Si7021 Sensori i Lagështisë dhe Temperaturës

Pas përfundimit të instalimeve elektrike, kodi i bashkangjitur i mostrës (përshtatur nga https://www.sparkfun.com/products/13763) duhet të ngarkohet në mikrokontrollues për të siguruar ndërtimin e duhur të qarkut. Siç u përshkrua me kodin e sensorit të gazit, verifikoni që përbërësi po transmeton temperaturën dhe lagështinë duke hyrë në monitorin serik. Isshtë e rëndësishme të theksohet se ky kod bazë përfshin përdorimin e dy bibliotekave të ndryshme përbërëse SparkFun. Në mënyrë që ky kod të përpilohet dhe ngarkohet në mikrokontrollues, përdoruesi do të duhet të instalojë këto biblioteka përmes metodave të treguara në Hapin 9.

Hapi 10: Shtoni Bibliotekat Komponente Arduino

Zbatimi i bibliotekave Arduino në kode identifikohen përmes përdorimit të një komande #include siç shihet pranë pjesës së sipërme të kodit të Hapit 8. Pa përfshirjen e këtyre bibliotekave, kodi nuk do të jetë në gjendje të përpilojë ose ngarkojë në mikrokontrollues. Për të hyrë dhe instaluar këto biblioteka, shkoni te skeda e skicës, zgjeroni Përfshirjen e Bibliotekës dhe zgjidhni Menaxho Bibliotekat. Shkruani emrin e bibliotekës së nevojshme (teksti që shfaqet pas komandës #include), klikoni në opsionin e dëshiruar, zgjidhni një version dhe shtypni install.

Hapi 11: Sensori i rrezatimit me xhep Geiger - Lloji 5

Siç u tha më parë, ky komponent do të përfshihet veçmas nga sensorët e gazit. Në ngritjen e këtij produkti, procesi është ende i njëjtë; lidhni kunjat e komponentit në daljet e tyre përkatëse siç tregohet në pinout më lart. Lidhni kunjin VCC me burimin 5V të vendosur në mikrokontrollues dhe pinin e tokëzimit me tokën e mikrokontrolluesit siç u bë me sensorët e gazit. Pastaj, lidhni kunjat e sinjalit dhe zhurmës me kunjat e mikrokontrolluesit 2 dhe 5, respektivisht. Pas përfundimit të kësaj detyre, ngarkoni kodin bazë të përshtatur nga radio-watch.org nëpërmjet Github (https://www.sparkfun.com/products/142090) dhe ky komponent është gati për operim.

Hapi 12: Zhvilloni telat e integruar të sensorit

Pasi të lidhni individualisht secilin sensor për të konfirmuar funksionimin e tij, filloni të integroni secilën instalime elektrike të sensorit në një format të kondensuar në mënyrë që të gjithë sensorët e përshkruar më sipër të lidhen në tabelën e bukës, siç tregohet në figurat e mësipërme. Referojuni tabelës së mësipërme për të lidhur saktë kunjat e nevojshme Arduino në përbërësit e tyre përkatës, në mënyrë që kodet e mëposhtëm të mos kenë nevojë të ndryshohen para ngarkimit. Për të mbështetur një format të kondensuar, përdorni një hekurudhë të zakonshme të energjisë dhe tokësore duke instaluar njësinë e rrymës së bordit të bukës si 5V dhe tjetrën si 3.3V. Lidhni të dy shinat tokësore së bashku duke siguruar një lidhje me kunjin e tokëzimit të mikrokontrolluesit Arduino. Kur të përfundojë, ngarkoni kodin e bashkangjitur për të hyrë në aftësitë e sensorit të gazit të mbledhur në tabelë. Kodi i bashkangjitur Arduino do të kontrollojë sensorët e gazit, si dhe sensorin e temperaturës dhe lagështisë dhe do të shfaqë të dhënat e tyre të matjes, në pjesë për milion përmes monitorit serik. Ai gjithashtu do të sigurojë klasifikimin e nivelit të rrezikut të të dhënave të matura. Sensori i rrezatimit mund të varet nga një matje e kufizuar në kohë (p.sh. numërimi në minutë), kështu që këshillohet që të përdorni këtë përbërës veçmas nga sensorët e gazit. Për të mbështetur këtë dallim, sensorët CO, LPG dhe CO2 do të jenë komponentët e vetëm të diskutuar kur mikrokontrolluesi çiftëzohet me modulin Bluetooth. Sidoqoftë, është e rëndësishme të theksohet se procesi i mëposhtëm mund të ndiqet për të arritur të njëjtin rezultat me sensorin e rrezatimit.

Hapi 13: Filloni lidhjen Bluetooth midis telefonit dhe modulit

Pasi sistemi i dëshiruar i sensorit të jetë mbledhur, koduar dhe kondensuar, hapi tjetër është lidhja pa tel e një pajisjeje përdoruesi me sistemin. Kjo do të lejojë që leximet e sensorëve të drejtpërdrejtë t'i dërgohen përdoruesit në një distancë të larguar nga zona e rrezikut. Lidhja e sistemit të sensorit dhe pajisjes së përdoruesit do të lehtësohet me modulin Bluetooth Arduino BlueSMiRF. Ky modul do të lidhet me aplikacionin celular "Arduino Bluetooth Data" i cili mund të shkarkohet nga dyqani Google Play. Kjo ndërfaqe do të shfaqë drejtpërdrejt leximet e marra nga sensorët e gazit, prania njerëzore ose sensorët e rrezatimit, dhe do të jetë i arritshëm deri në 350 metra dhe do të paralajmërojë përdoruesin për ndryshimet në leximet e sensorëve, duke lejuar përdoruesin të vlerësojë nëse nivelet e rrezikshme të rreziqet mjedisore zbulohen në lidhje me rregulloret e OSHA dhe EPA.

Komponenti duhet të lidhet individualisht, siç u demonstrua me sensorët, për të inicializuar konfigurimin e komponentit dhe për të vlerësuar funksionueshmërinë. Duke përdorur diagramin e komponentit të treguar në figurën e mësipërme, komponenti do të lidhet me një hyrje të energjisë 5V dhe një kunj të tokëzimit, ndërsa kunjat e përbërësit TX dhe RX do të lidhen me dy kunja dixhitale të përcaktuara nga përdoruesi. Siç tregohet nga figura, kunja TX iu caktua pinit të dytë dixhital dhe RX u përcaktua si e treta. Pas përfundimit të kësaj detyre, ekzekutoni kodin shembull të gjetur më poshtë për të filluar konfigurimin e komponentit. Në këtë pikë, LED i përbërësit duhet të ndizet ngadalë me një nuancë të kuqe. Hyni në monitorin serik dhe kaloni opsionet në fund të dritares për të lexuar, "Pa rreshtim përfundimi" dhe "9600 baud", në kutitë zbritëse, përkatësisht. Pastaj shkruani "$ $ $" në kutinë e komandës dhe shtypni "Dërgo". Kjo do të fillojë "Modalitetin e Komandës" në përbërës dhe do të bëjë që LED të ndezë shpejt një nuancë të kuqe. Për më tepër, përbërësi do të dërgojë një mesazh "CMD" përsëri në monitorin serik.

Ndryshoni përsëri cilësimet zbritëse të monitorit serik për të lexuar "Newline" dhe "9600 baud", para se të vazhdoni me konfigurimin. Dërgo komandat "D" dhe "E" në monitorin serik për të shfaqur cilësimet e komponentit, përfshirë emrin e fabrikës. Për t'u çiftuar me telefonin tuaj celular, hapni cilësimet Bluetooth, zgjidhni emrin e dhënë të modulit Bluetooth (ECEbluesmirf për shembullin e dhënë). Pas kësaj përzgjedhjeje, dërgoni një komandë "I" për të skanuar për pajisjet me Bluetooth. Numri i parë do të përdoret për të sinkronizuar dy pajisjet, duke dërguar një "C, Numri i parë". Kur të përfundojë, LED Bluetooth do të kthehet në një ngjyrë jeshile të ngurtë.

Hapi 14: Lidhni sistemin me aplikacionin celular - Përdoruesit e Android

Për të hyrë në të dhënat e sensorit në një Android, shkarkoni aplikacionin celular "Arduino Bluetooth Data" nga dyqani Google Play. Hapni aplikacionin celular dhe trokitni lehtë mbi emrin e emrit të modulit Bluetooth në ndërfaqen e përdoruesit për t'u lidhur. Kur ju kërkohet, zgjidhni aplikacionin si marrës. Ndërfaqja që shfaq të dhënat e sensorit do të shfaqet dhe moduli do të përmbajë një LED të fortë të gjelbër. Pas përfundimit, ngarkoni kodin e bashkangjitur për të aktivizuar sensorët dhe për të tërhequr të dhënat e rrezikut mjedisor. Emrat e sensorëve mund të përditësohen për të akomoduar sensorët e përdorur, siç u përfundua për të arritur pamjen e ekranit të mësipërm.

Hapi 15: Krijoni kllapa mbështetëse për të bashkuar sistemin e sensorit

Montimi i sistemit të sensorëve kërkon përdorimin e dy shiritave të varur prej çeliku të butë dhe shirit ngjitës të dyfishtë 3M për tu lidhur me dronin DJI Phantom 4. Hapi i parë është të përkulni dhe formoni shiritat e varësave të çelikut të butë në dron. Kjo kërkon një gjatësi totale të rripit fillestar prej 23 inç. Prej këtij stoku, prerë shiritat e barabartë duke përdorur një sharrë tavoline me një teh gërryes. Më pas, bluajini skajet për të hequr gropat. Rezultati i procesit tregohet në të parën nga figurat e paraqitura më sipër. Gjatë këtij procesi ju doni të shmangni prerjen përgjatë çarjeve të hapura, për të shmangur dobësimin e skajeve të rripit.

Hapi tjetër do të kërkojë përkuljen e shiritave në mënyrë që të përshtaten në dron. Rekomandohet të përdorni një palë pincë për të përkulur çeliqet dhe për të vendosur rripin në fund të shinave. Përqendroni rripat në binarët e këmbëve të dronit dhe shënoni ku buza e këmbëve të shinave. Kjo do të shërbejë si vizuale se ku të përkulni çeliqet. Përkulni shiritat në rritje të vogla derisa të mbështillen rreth parmakëve, duke parandaluar rrëshqitjen.

Hapi 16: Mblidhni sistemin në dron

Një shembull i montimit të sistemit të sensorëve do të demonstrohet duke përdorur shirita të varur prej çeliku të butë dhe shirit ngjitës. Siç u diskutua më parë, shiritat e varësave prej çeliku të butë u përkulën dhe u vendosën në pjesën e poshtme të dronit për të krijuar një platformë për t'u ulur përbërësit. Pasi të përfundojë kjo, ngjitni përbërësit në shiritat me ngjitësin në mënyrë që të jenë të sigurt, por mos ndërhyni në funksionimin normal të dronit. Për të lejuar hapësirë të bollshme, shembulli përdor dy rripa të varur që mbështesin një bateri të jashtme, mikrokontrollues dhe dërrasë buke. Për më tepër, sensorët janë vendosur në pjesën e pasme të dronit.

Hapi 17: Përdorimi i këtij sistemi për të vlerësuar rrezikun e rrezikut

Për të përcaktuar ashpërsinë e niveleve të rrezikut të paraqitura nga ky sistem, duhet të referohen standardet e mëposhtme. E gjelbër tregon një mjedis të sigurt për të gjithë të pranishmit në zonën e interesit, ndërsa vjollca tregon përqendrimin më të keq të mundshëm mjedisor, duke çuar në efekte vdekjeprurëse. Sistemi i ngjyrave i përdorur rrjedh nga Programi i Flamurit të Cilësisë së Ajrit të EPA -s.

Monoksidi i karbonit (OSHA)

• 0-50 PPM (e gjelbër)
• 50-100 PPM (e verdhë)
• 100-150 PPM (Portokalli)
• 150-200 PPM (e kuqe)
• > 200 PPM (Vjollce)

Gaz i lëngshëm i propanit (NCBI)

• 0-10, 000 PPM (E gjelbër)
• 10, 000-17, 000 PPM (e verdhë)
• > 17, 000 PPM (e kuqe)

Dioksidi i karbonit (Instituti Global CCS)

• 0-20, 00 PPM (E gjelbër)
• 20, 000-50, 000 PPM (e verdhë)
• 50, 000-100, 000 PPM (Portokalli)
• 100, 000-150, 000 PPM (e kuqe)
• > 150, 000 PPM (Vjollce)

Hapi 18: Përdorni sistemin për të mbledhur të dhëna të matura

Tani që asambleja përfundimtare ka përfunduar, sistemi është gati të funksionojë. Meqenëse kodi i nevojshëm për të lejuar mikrokontrolluesin të operojë me sistemin e sensorit është ngarkuar tashmë, mikrokontrolluesi mund të lidhet me paketën e baterisë celulare për të transmetuar të dhëna, në zëvendësim të një kompjuteri. Sistemi tani është gati për përdorim në aplikimet e vlerësimit të rrezikut mjedisor!