مجاري الصرف الصحي: 3 خطوات

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:53

العملية الحالية لتنظيف خط الصرف الصحي تفاعلية وليست استباقية. يتم تسجيل المكالمات الهاتفية في حالة انسداد خط الصرف الصحي في المنطقة. علاوة على ذلك ، يصعب على أدوات جمع القمامة اليدوية الوصول إلى نقطة الصفر عند نقطة الخطأ. يستخدمون طريقة الضرب والتجربة لتنفيذ عملية التنظيف في غرف التفتيش المتعددة في المنطقة المتضررة ، مما يضيع الكثير من الوقت. بالإضافة إلى أن التركيز العالي للغازات السامة يؤدي إلى التهيج والصداع والتعب والتهابات الجيوب الأنفية والتهاب الشعب الهوائية والالتهاب الرئوي وفقدان الشهية وضعف الذاكرة والدوخة.

الحل هو تصميم نموذج أولي ، وهو عبارة عن جهاز صغير - بعامل شكل قلم - مضمن في غطاء فتحة التفتيش. الجزء السفلي من الجهاز الذي يتعرض لداخل الفتحة أثناء إغلاق الغطاء - يتكون من مستشعرات تكشف مستوى المياه داخل المجاري وتركيز الغازات التي تشمل الميثان وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين. يتم جمع البيانات إلى محطة رئيسية ، والتي تتواصل مع هذه الأجهزة المثبتة في كل غرف التفتيش عبر LoRaWAN ، وترسل البيانات إلى خادم سحابي ، والذي يستضيف لوحة معلومات لأغراض المراقبة. علاوة على ذلك ، فإن هذا يسد الفجوة بين السلطات البلدية المسؤولة عن صيانة الصرف الصحي وجمع القمامة. سيسمح تركيب هذه الأجهزة في جميع أنحاء المدينة بحل وقائي لتحديد وتحديد موقع خط الصرف الصحي المسدود قبل وصول مياه الصرف الصحي إلى السطح.

اللوازم

1. جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية - HC-SR04

2. مستشعر الغاز - MQ-4

3. بوابة لورا - Raspberry Pi 3

4. وحدة LoRa - Semtech SX1272

5. NodeMCU

6. وحدة الجرس

7. 500 مللي أمبير ، بطارية 3.7 فولت ليثيوم أيون

الخطوة 1:

بالنسبة للنموذج الأولي الأول ، استخدمت tic-tac (صندوق النعناع الطازج) باعتباره العلبة. تم إرفاق أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بطريقة لتوجيه Tx و Rx نحو تدفق الصرف الصحي. التوصيلات بجهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ومستشعر الغاز سهلة للغاية. تحتاج فقط إلى تشغيل المستشعرات الفردية واستخدام أي من المنافذ الرقمية الثمانية المتوفرة في NodeMCU لقراءة البيانات. لقد رسمت الروابط من أجل فهم أفضل.

الخطوة 2: التعرف على SEMTECH SX1272

ستكون خطوتنا التالية هي تثبيت المكتبات على NodeMCU الخاص بنا.

يمكنك العثور على المكتبات الخاصة بوحدة Semtech LoRa في هذا الرابط:

لتثبيت هذه المكتبة:

• قم بتثبيته باستخدام مدير مكتبة Arduino ("Sketch" -> "Include Library" -> "Manage Libraries…") ، أو
• قم بتنزيل ملف مضغوط من github باستخدام الزر "تنزيل ZIP" وتثبيته باستخدام IDE ("Sketch" -> "Include Library" -> "Add. ZIP Library …"
• استنساخ مستودع git هذا في مجلد كراسة الرسم / المكتبات.

لجعل هذه المكتبة تعمل ، يجب توصيل Arduino (أو أي لوحة متوافقة مع Arduino تستخدمها) بجهاز الإرسال والاستقبال. تعتمد التوصيلات الدقيقة قليلاً على لوحة جهاز الإرسال والاستقبال واستخدام Arduino ، لذلك يحاول هذا القسم شرح الغرض من كل اتصال وفي أي الحالات يكون (غير مطلوب).

لاحظ أن وحدة SX1272 تعمل عند 3.3 فولت ومن المحتمل أنها لا تحب 5 فولت على أطرافها (على الرغم من أن ورقة البيانات لا تقول شيئًا عن هذا ، ومن الواضح أن جهاز الإرسال والاستقبال الخاص بي لم ينكسر بعد استخدام 5 فولت I / O بطريق الخطأ لبضع ساعات). لتكون آمنًا ، تأكد من استخدام ناقل حركة مستوي أو Arduino يعمل بسرعة 3.3 فولت. يحتوي مجلس تقييم Semtech على مقاومات 100 أوم في سلسلة مع جميع خطوط البيانات التي قد تمنع الضرر ، لكنني لن أعتمد على ذلك.

تحتاج أجهزة الإرسال والاستقبال SX127x إلى جهد إمداد يتراوح بين 1.8 فولت و 3.9 فولت. يعد استخدام مصدر 3.3 فولت أمرًا نموذجيًا. تحتوي بعض الوحدات على دبوس طاقة واحد (مثل وحدات HopeRF ، المسمى 3.3 فولت) ولكن البعض الآخر يعرض دبابيس طاقة متعددة لأجزاء مختلفة (مثل لوحة تقييم Semtech التي تحتوي على VDD_RF و VDD_ANA و VDD_FEM) ، والتي يمكن توصيلها جميعًا معًا. يجب توصيل أي دبابيس GND بدبوس (دبابيس) Arduino GND.

الطريقة الأساسية للتواصل مع جهاز الإرسال والاستقبال هي من خلال SPI (الواجهة المحيطية التسلسلية). يستخدم هذا أربعة دبابيس: MOSI و MISO و SCK و SS. يحتاج الثلاثة السابقون إلى الاتصال المباشر: لذا MOSI بـ MOSI ، و MISO إلى MISO ، و SCK إلى SCK. حيث يختلف مكان وجود هذه المسامير في Arduino الخاص بك ، انظر على سبيل المثال قسم "الاتصالات" في وثائق Arduino SPI. اتصال SS (تحديد الرقيق) أكثر مرونة قليلاً. على الجانب التابع لـ SPI (جهاز الإرسال والاستقبال) ، يجب توصيل هذا الدبوس (عادةً) المسمى NSS. على جانب SPI master (Arduino) ، يمكن لهذا الدبوس الاتصال بأي طرف إدخال / إخراج. تحتوي معظم Arduinos أيضًا على دبوس يسمى "SS" ، ولكن هذا مناسب فقط عندما يعمل Arduino كعبد SPI ، وهذا ليس هو الحال هنا. أيا كان الدبوس الذي تختاره ، فأنت بحاجة إلى إخبار المكتبة بالدبوس الذي استخدمته من خلال تعيين الدبوس (انظر أدناه).

يمكن تكوين دبابيس DIO (الإدخال / الإخراج الرقمي) على لوحة جهاز الإرسال والاستقبال للوظائف المختلفة. تستخدمها مكتبة LMIC للحصول على معلومات الحالة الفورية من جهاز الإرسال والاستقبال. على سبيل المثال ، عند بدء إرسال LoRa ، يتم تكوين دبوس DIO0 كإخراج TxDone. عند اكتمال الإرسال ، يكون دبوس DIO0 مرتفعًا بواسطة جهاز الإرسال والاستقبال ، والذي يمكن اكتشافه بواسطة مكتبة LMIC. تحتاج مكتبة LMIC فقط إلى الوصول إلى DIO0 و DIO1 و DIO2 ، ويمكن ترك دبابيس DIOx الأخرى غير متصلة. على جانب Arduino ، يمكنهم الاتصال بأي طرف إدخال / إخراج ، نظرًا لأن التطبيق الحالي لا يستخدم المقاطعات أو ميزات الأجهزة الخاصة الأخرى (على الرغم من إمكانية إضافة ذلك في الميزة ، راجع أيضًا قسم "التوقيت").

في وضع LoRa ، يتم استخدام دبابيس DIO على النحو التالي:

• DIO0: TxDone و RxDone
• DIO1: RxTimeoutIn

وضع FSK يتم استخدامها على النحو التالي:

• DIO0: PayloadReady و PacketSent
• DIO2: انتهى الوقت

كلا الوضعين يحتاجان إلى دبابيسين فقط ، لكن tranceiver لا يسمح بتعيينهما بطريقة تجعل جميع المقاطعات المطلوبة تعين نفس الدبابيس. لذلك ، إذا تم استخدام وضعي LoRa و FSK ، فيجب توصيل جميع المسامير الثلاثة. يجب تكوين المسامير المستخدمة على جانب Arduino في تعيين الدبوس في الرسم التخطيطي الخاص بك (انظر أدناه). إعادة التعيين يحتوي جهاز الإرسال والاستقبال على دبوس إعادة تعيين يمكن استخدامه لإعادة تعيينه بشكل صريح. تستخدم مكتبة LMIC هذا للتأكد من أن الشريحة في حالة متسقة عند بدء التشغيل. من الناحية العملية ، يمكن ترك هذا الدبوس مفصولًا ، نظرًا لأن جهاز الإرسال والاستقبال سيكون بالفعل في حالة عقلانية عند التشغيل ، ولكن توصيله قد يمنع حدوث مشكلات في بعض الحالات. على جانب Arduino ، يمكن استخدام أي منفذ إدخال / إخراج. يجب تكوين رقم التعريف الشخصي المستخدم في تعيين الدبوس (انظر أدناه).

يحتوي جهاز الإرسال والاستقبال على توصيلي هوائي منفصلين: أحدهما لـ RX والآخر لـ TX. تحتوي لوحة جهاز الإرسال والاستقبال النموذجية على شريحة تبديل الهوائي ، والتي تسمح بتبديل هوائي واحد بين توصيلات RX و TX هذه. يمكن عادةً إخبار محول الهوائي هذا بالموضع الذي يجب أن يكون عليه من خلال دبوس إدخال ، غالبًا ما يسمى RXTX. أسهل طريقة للتحكم في مفتاح الهوائي هي استخدام دبوس RXTX على جهاز الإرسال والاستقبال SX127x. يتم تعيين هذا الدبوس تلقائيًا على مستوى عالٍ أثناء الإرسال ومنخفض أثناء الاستلام. على سبيل المثال ، يبدو أن لوحات HopeRF لديها هذا الاتصال في مكانها ، لذلك لا تعرض أي دبابيس RXTX ويمكن وضع علامة على الدبوس على أنه غير مستخدم في تعيين الدبوس. تعرض بعض اللوحات دبوس تبديل الهوائي ، وأحيانًا أيضًا دبوس SX127x RXTX. على سبيل المثال ، تستدعي لوحة التقييم SX1272 اسم FEM_CTX السابق و RXTX الأخير. مرة أخرى ، ببساطة توصيلها مع سلك توصيل هو الحل الأسهل. بدلاً من ذلك ، أو في حالة عدم توفر دبوس SX127x RXTX ، يمكن تكوين LMIC للتحكم في مفتاح الهوائي. قم بتوصيل دبوس التحكم في مفتاح الهوائي (على سبيل المثال FEM_CTX على لوحة تقييم Semtech) بأي دبوس I / O على جانب Arduino ، وقم بتكوين الدبوس المستخدم في خريطة الدبوس (انظر أدناه). ومع ذلك ، ليس من الواضح تمامًا سبب عدم رغبة جهاز الإرسال والاستقبال في التحكم في الهوائي بشكل مباشر.

الخطوة الثالثة: طباعة العلبة ثلاثية الأبعاد

بمجرد تشغيل كل شيء ، قررت طباعة علبة ثلاثية الأبعاد للوحدة للحصول على تصميم أفضل المظهر.

مع وجود المنتج النهائي في متناول اليد ، كان التثبيت في حفرة الرجل والحصول على نتائج في الوقت الفعلي على لوحة القيادة أمرًا سهلاً. سمحت قيم تركيز الغاز في الوقت الفعلي مع مؤشر مستوى الماء للسلطات باتباع نهج استباقي إلى جانب طريقة أكثر أمانًا لمعالجة المشكلة.