Esgoto: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

O processo atual de limpeza da linha de esgoto é reativo ao invés de pró-ativo. As ligações são registradas em caso de rede de esgoto entupida em uma área. Além disso, é difícil para os limpadores manuais se concentrarem no ponto de erro. Eles usam o método hit-and-trial para realizar o processo de limpeza em vários poços de inspeção na área afetada, desperdiçando muito tempo. Além disso, a alta concentração de gases tóxicos leva à irritabilidade, dores de cabeça, fadiga, infecções nos seios da face, bronquite, pneumonia, perda de apetite, memória fraca e tonturas.

A solução é projetar um protótipo, que é um pequeno dispositivo - com o formato de uma caneta - embutido na tampa de um bueiro. A seção inferior do dispositivo que é exposta para o interior do poço enquanto a tampa está fechada - é composta por sensores que detectam o nível de água dentro do esgoto e a concentração de gases que incluem metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono e óxidos de nitrogênio. Os dados são coletados para uma estação mestre, que se comunica com esses dispositivos instalados em cada poço de inspeção através do LoRaWAN, e os envia para um servidor em nuvem, que hospeda um painel para fins de monitoramento. Além disso, isso preenche a lacuna entre as autoridades municipais responsáveis pela manutenção do esgoto e coleta de lixo. A instalação desses dispositivos em toda a cidade permitirá uma solução preventiva para identificar e apontar a localização da linha de esgoto entupida antes que o esgoto chegue à superfície.

Suprimentos

1. Sensor ultrassônico - HC-SR04

2. Sensor de gás - MQ-4

3. Gateway LoRa - Raspberry pi 3

4. Módulo LoRa - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. Módulo de campainha

7. Bateria de íon-lítio de 500mAh, 3,7V

Passo 1:

Para o primeiro protótipo, usei um tic-tac (caixa de balas frescas) como invólucro. A fixação dos sensores ultrassônicos foi feita de forma a direcionar o Tx e Rx para a vazão do esgoto. As conexões com o sensor ultrassônico e o sensor de gás são muito fáceis. Basta alimentar os sensores individuais e usar qualquer um dos 8 pinos digitais disponíveis no NodeMCU para ler os dados. Desenhei as conexões para uma melhor compreensão.

Etapa 2: Familiarizando-se com SEMTECH SX1272

Nosso próximo passo seria instalar as bibliotecas em nosso NodeMCU.

Você pode encontrar as bibliotecas para o módulo Semtech LoRa neste link:

Para instalar esta biblioteca:

• Instale-o usando o gerenciador de biblioteca Arduino ("Sketch" -> "Incluir biblioteca" -> "Gerenciar bibliotecas …") ou
• Baixe um arquivo zip do github usando o botão "Baixar ZIP" e instale-o usando o IDE ("Sketch" -> "Incluir Biblioteca" -> "Adicionar Biblioteca. ZIP…"
• Clone este repositório git em sua pasta de bloco de desenho / bibliotecas.

Para fazer essa biblioteca funcionar, seu Arduino (ou qualquer placa compatível com o Arduino que você esteja usando) deve estar conectado ao transceptor. As conexões exatas dependem um pouco da placa do transceptor e do Arduino usados, portanto, esta seção tenta explicar para que serve cada conexão e em que casos (não) é necessária.

Observe que o módulo SX1272 funciona a 3,3 V e provavelmente não gosta de 5 V em seus pinos (embora a folha de dados não diga nada sobre isso, e meu transceptor obviamente não quebrou depois de usar E / S de 5 V acidentalmente por algumas horas). Por segurança, certifique-se de usar um deslocador de nível ou um Arduino rodando a 3,3V. A placa de avaliação Semtech tem resistores de 100 ohms em série com todas as linhas de dados que podem prevenir danos, mas eu não contaria com isso.

Os transceptores SX127x precisam de uma tensão de alimentação entre 1,8 V e 3,9 V. Usar uma fonte de 3,3 V é típico. Alguns módulos têm um único pino de alimentação (como os módulos HopeRF, rotulados de 3,3 V), mas outros expõem vários pinos de alimentação para diferentes partes (como a placa de avaliação Semtech que tem VDD_RF, VDD_ANA e VDD_FEM), que podem ser todos conectados juntos. Quaisquer pinos GND precisam ser conectados ao (s) pino (s) GND do Arduino.

A principal forma de comunicação com o transceptor é através de SPI (Interface Periférica Serial). Ele usa quatro pinos: MOSI, MISO, SCK e SS. Os três primeiros precisam ser conectados diretamente: então MOSI para MOSI, MISO para MISO, SCK para SCK. A localização desses pinos em seu Arduino varia, consulte, por exemplo, a seção "Conexões" da documentação do Arduino SPI. A conexão SS (seleção de escravo) é um pouco mais flexível. No lado do escravo SPI (o transceptor), isso deve ser conectado ao pino (normalmente) rotulado como NSS. No lado do mestre SPI (Arduino), este pino pode se conectar a qualquer pino de E / S. A maioria dos Arduinos também tem um pino denominado "SS", mas isso só é relevante quando o Arduino funciona como um escravo SPI, o que não é o caso aqui. Qualquer que seja o pino escolhido, você precisa informar à biblioteca qual pino você usou por meio do mapeamento de pinos (veja abaixo).

Os pinos DIO (E / S digital) na placa do transceptor podem ser configurados para várias funções. A biblioteca LMIC os usa para obter informações de status instantâneas do transceptor. Por exemplo, quando uma transmissão LoRa começa, o pino DIO0 é configurado como uma saída TxDone. Quando a transmissão é concluída, o pino DIO0 é colocado alto pelo transceptor, o que pode ser detectado pela biblioteca LMIC. A biblioteca LMIC precisa apenas de acesso a DIO0, DIO1 e DIO2, os outros pinos DIOx podem ser deixados desconectados. No lado do Arduino, eles podem se conectar a qualquer pino de E / S, uma vez que a implementação atual não usa interrupções ou outros recursos especiais de hardware (embora isso possa ser adicionado no recurso, consulte também a seção "Tempo").

No modo LoRa, os pinos DIO são usados da seguinte forma:

• DIO0: TxDone e RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

Modo FSK, eles são usados da seguinte forma:

• DIO0: PayloadReady e PacketSent
• DIO2: TimeOut

Ambos os modos precisam de apenas 2 pinos, mas o tranceiver não permite mapeá-los de forma que todas as interrupções necessárias sejam mapeadas para os mesmos 2 pinos. Portanto, se os modos LoRa e FSK forem usados, todos os três pinos devem ser conectados. Os pinos usados no lado do Arduino devem ser configurados no mapeamento de pinos em seu esboço (veja abaixo). Reinicializar O transceptor possui um pino de reinicialização que pode ser usado para reiniciá-lo explicitamente. A biblioteca LMIC usa isso para garantir que o chip esteja em um estado consistente na inicialização. Na prática, este pino pode ser deixado desconectado, uma vez que o transceptor já estará em um estado normal ao ser ligado, mas conectá-lo pode evitar problemas em alguns casos. No lado do Arduino, qualquer pino de E / S pode ser usado. O número do pino usado deve ser configurado no mapeamento do pino (veja abaixo).

O transceptor contém duas conexões de antena separadas: uma para RX e outra para TX. Uma placa transceptora típica contém um chip de comutação de antena, que permite alternar uma única antena entre essas conexões RX e TX. Normalmente, esse switcher de antena pode ser informado sobre a posição que deve estar por meio de um pino de entrada, geralmente identificado como RXTX. A maneira mais fácil de controlar a chave da antena é usar o pino RXTX no transceptor SX127x. Este pino é automaticamente definido como alto durante TX e baixo durante RX. Por exemplo, as placas HopeRF parecem ter essa conexão no lugar, portanto, não expõem nenhum pino RXTX e o pino pode ser marcado como não utilizado no mapeamento de pinos. Algumas placas expõem o pino do switcher da antena e, às vezes, também o pino SX127x RXTX. Por exemplo, a placa de avaliação SX1272 chama a antiga FEM_CTX e a última RXTX. Novamente, simplesmente conectá-los com um fio de jumper é a solução mais fácil. Como alternativa, ou se o pino SX127x RXTX não estiver disponível, o LMIC pode ser configurado para controlar a chave da antena. Conecte o pino de controle do interruptor da antena (por exemplo, FEM_CTX na placa de avaliação Semtech) a qualquer pino de E / S no lado do Arduino e configure o pino usado no mapa de pinos (veja abaixo). Não está totalmente claro por que não iria querer que o transceptor controlasse a antena diretamente, no entanto.

Etapa 3: impressão 3D de um gabinete

Depois de ter tudo instalado e funcionando, decidi imprimir em 3D uma caixa para o módulo para um design mais bonito.

Com o produto final em mãos, a instalação na caixa de inspeção e a obtenção dos resultados em tempo real em um painel foi fácil. Os valores de concentração de gás em tempo real com a indicação do nível de água permitiram às autoridades uma abordagem proativa junto com uma maneira mais segura de resolver o problema.