Kiambatisho cha Mfumo wa Sensorer ya Mazingira kwa UAVs: Hatua 18

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Madhumuni ya Agizo hili ni kuelezea jinsi ya kujenga, kushikamana, na kutumia mfumo wa sensa ya mazingira ya Teknolojia ya Jumuishi ya Suluhisho kwa kushirikiana na drone ya DJI Phantom 4. Vifurushi hivi vya sensorer hutumia drone ili kusafirisha katika mazingira hatarishi kutambua viwango vya hatari vya sasa vya kaboni monoksidi (CO), kaboni dioksidi (CO2), na gesi ya propane ya maji (LPG) ikilinganishwa na viwango vya OSHA na EPA. Ni muhimu kutambua kwamba ingawa sensa ya mionzi pia imeonyeshwa katika Agizo hili, itafanya kazi kama chombo tofauti kwa sensorer za gesi, na bidhaa ya mwisho iliyoonyeshwa itajumuisha tu vifaa vya sensorer vya gesi zilizoorodheshwa hapo juu.

Hatua ya 1: Kusanya Zana za Lazima, Programu, na Vifaa

Zana Zilizotumika:

1. Programu ya Arduino (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
2. Vipeperushi
3. Jedwali Saw na Blade ya Abrasive
4. Jedwali la kusaga la Jedwali

Vifaa vilivyotumika:

1. DJI Phantom 4
2. Arduino Uno
3. Jackeri Batri ya Nje 3350mAh
4. Bodi ya mkate ya kawaida
5. Sensorer ya Monoxide ya kaboni - MQ - 7
6. Sensor ya Gesi ya Propani ya Liquid - MQ - 6
7. Sensorer ya kaboni ya kaboni CO2 - MG - 811
8. AK9750 Si7021 Unyevu wa unyevu na joto
9. Sensor ya Mionzi ya Mfukoni ya Mifukoni - Aina ya 5
10. Modem ya Bluetooth - Dhahabu ya BlueSMiRF
11. Kamba ya Hanger ya chuma laini
12. Kitanda cha Mvumbuzi wa SparkFun
13. Mkanda wa Kuweka Upande wa 3M

Hatua ya 2: Unganisha Sensorer na Wiring Microcontroller

Pata data zote za sensorer kutoka kwa mtengenezaji wa bidhaa ili kubaini pembejeo za pembejeo na pato muhimu kwa operesheni sahihi ya vifaa. Ili kujenga mwelekeo mzuri wa vifaa vyote vilivyotolewa kwenye vifurushi vya gesi na mionzi, kila sensorer na moduli inapaswa kushonwa kwa waya tofauti ili kuhakikisha inafanya kazi wakati imeunganishwa na microcontroller kabla ya kuunganishwa kwenye ubao mmoja wa mkate. Ili kuhakikisha uwazi, mchakato wa kujenga kila aina ya mzunguko wa msingi na nambari iko ndani ya hatua zifuatazo.

Hatua ya 3: Tambua Pini za Pembejeo na Pato kwa Carbon Monoxide MQ - 7 Sensor

Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapo juu, sehemu ya CO inapaswa kuwa na pini tatu za umeme wa pembejeo kwenye reli ya kulia ambayo imeunganishwa na usambazaji wa umeme wa 5V microcontroller. Pini ya kuingiza analogi itaunganishwa na pini yoyote ya microcontroller iliyoandikwa A0, A1, A2, n.k., wakati pini za ardhini zimeunganishwa na pini za ardhini za microcontroller. Mwishowe, kontena la 10K ohm hutumiwa kuunganisha pini ya sensorer ya kushoto chini. Ni muhimu kutambua kwamba pinout hii inatumika kwa sensorer za CO2 na LPG pia zinazotumiwa katika mfumo huu.

Hatua ya 4: Unganisha Sensorer kulingana na Pinout kwa Ingiza Microcontroller na Pini za Pato

Kama ilivyojadiliwa katika hatua zilizopita, pini moja imeteuliwa kama pini ya kuingiza analog kwa mdhibiti mdogo. Katika nambari ya msingi iliyoonyeshwa hapo juu, na inayoweza kupakuliwa katika hatua inayofuata, pini ya analog iliyofafanuliwa ni pini A0. Kwa mujibu wa jina hili, weka pini ya juu kushoto kwa pini ya A0 ya mdhibiti mdogo. Halafu, pembejeo ya kawaida ya 5V na reli ya ardhini inaweza kusanikishwa kwa kuunganisha reli ya nguvu ya ubao wa kushoto (iliyoteuliwa na "-" ishara) kwenye pini ya ardhini na reli ya kulia ("+") kwa pini ya 5V. Kwa kuunganisha wodi ya mkate kwa njia hii, pini za sensorer zinaweza kushonwa kwa waya moja kwa moja kwenye ubao wa mkate, ikiruhusu unganisho safi kwa mdhibiti mdogo. Muundo huu umewasilishwa kwenye picha za mzunguko wa msingi hapo juu.

Hatua ya 5: Pakua Msimbo wa Msingi wa Sensorer za Gesi

Mara baada ya kushikamana, pakia msimbo wa msingi wa Arduino uliopatikana kutoka kwa ukurasa wa bidhaa wa SparkFun (https://www.sparkfun.com/products/9403; umeambatishwa) kwa kubonyeza mshale ulio upande wa kushoto wa kiolesura ili kudhibitisha kuwa sehemu hiyo imeingiliwa waya kulingana na pinout.

Hatua ya 6: Fungua Mfuatiliaji wa serial ili kuhakikisha Uendeshaji

Fungua mfuatiliaji wa serial kwa kuchagua ikoni ya glasi ya kukuza juu kulia kwa kiolesura. Hii itafungua dirisha tofauti lililoonyeshwa hapo juu, ambapo pato la sensorer, awali usomaji wa voltage, itaonyeshwa. Ikiwa data haionyeshwi kwenye mfuatiliaji wa serial kama inavyoonyeshwa, hakikisha kuwa kazi ya AnalogRead inarejelea nambari sahihi ya pini ya analog iliyofungwa katika hatua za awali za mchakato huu.

Hatua ya 7: Rudia Hatua 3-6 kwa LPG na Sensorer za Gesi ya Dioxide ya Gesi

Rudia ufafanuzi wa pini, wiring ya sensorer, na upakiaji nambari ili kuhakikisha utendakazi wa sensorer za ziada.

Hatua ya 8: Waya SparkFun Si7021 Unyevu na Sensor ya Joto (Hiari)

Mchakato huo wa jumla ulioainishwa kwa sensorer za gesi utatekelezwa kwa sensorer ya joto na unyevu. Walakini, pinout hutofautiana na sensorer za gesi na inaonyeshwa hapo juu. Pini ya VCC (ya pili kutoka kulia kwenye sensa) itaunganishwa kwa chanzo cha nguvu cha microcontroller cha 5 au 3.3 na pini ya ardhi itaunganishwa kwenye ardhi ya mdhibiti mdogo kama inavyoonekana katika waya wa sensorer ya gesi. Badala ya pini ya pato la analog, sensa hii ina pini za pato za SDA na SCL ambazo zinawajibika kupeleka data kutoka kwa sensorer hadi kwa microcontroller kwa usindikaji. Sensor hii inaweza kutumika kudhibitisha usahihi wa vipimo vya sensorer ya gesi ikilinganishwa na maadili yao ya data.

Hatua ya 9: pakua Msimbo wa Msingi wa Unyevu na Joto wa Si7021 SparkFun Msimbo

Baada ya kumaliza wiring, nambari ya sampuli iliyoambatishwa (iliyobadilishwa kutoka https://www.sparkfun.com/products/13763) inapaswa kupakiwa kwa mdhibiti mdogo kuhakikisha ujenzi mzuri wa mzunguko. Kama ilivyoelezewa na nambari ya sensorer ya gesi, thibitisha kuwa sehemu hiyo inapitisha hali ya joto na unyevu kwa kupata mfuatiliaji wa serial. Ni muhimu kutambua kwamba nambari hii ya msingi ni pamoja na matumizi ya maktaba mbili tofauti za SparkFun. Ili nambari hii ijumuishe na kupakia kwa mdhibiti mdogo, mtumiaji atahitaji kusanikisha maktaba hizi kupitia njia zilizoonyeshwa katika Hatua ya 9.

Hatua ya 10: Ongeza Maktaba ya Arduino ya Sehemu

Utekelezaji wa maktaba za Arduino katika nambari hutambuliwa kupitia utumiaji wa amri ya # pamoja na inavyoonekana karibu na juu ya nambari ya Hatua ya 8. Bila kujumuishwa kwa maktaba hizi, nambari hiyo haitaweza kukusanya au kupakia kwa mdhibiti mdogo. Ili kufikia na kusanikisha maktaba hizi, nenda kwenye kichupo cha mchoro, panua Jumuisha Maktaba, na uchague Simamia Maktaba. Andika jina la maktaba inayohitajika (maandishi ambayo yanaonekana baada ya amri ya # pamoja), bonyeza chaguo unayotaka, chagua toleo, na ubonyeze kusakinisha.

Hatua ya 11: Sensor ya Mionzi ya Mfukoni ya waya ya mfukoni - Aina ya 5

Kama ilivyoelezwa hapo awali, sehemu hii itajumuishwa kando na sensorer za gesi. Katika kuanzisha bidhaa hii, mchakato bado ni sawa; waya pini za sehemu kwa matokeo yao kama inavyoonyeshwa kwenye pinout hapo juu. Unganisha pini ya VCC kwenye chanzo cha 5V kilicho kwenye microcontroller na pini ya ardhi kwenye uwanja wa microcontroller kama ilivyofanywa na sensorer za gesi. Kisha, unganisha pini za ishara na kelele kwa pini za microcontroller 2 na 5, mtawaliwa. Baada ya kumaliza kazi hii, pakia nambari ya msingi iliyobadilishwa kutoka kwa radiation-watch.org kupitia Github (https://www.sparkfun.com/products/142090) na sehemu hii iko tayari kutumika.

Hatua ya 12: Endeleza Wiring ya Sensorer Iliyojumuishwa

Baada ya kuweka wiring kila sensorer kudhibitisha utendakazi wake, anza kuunganisha kila wiring ya sensorer katika muundo uliofupishwa ili sensorer zote zilizoelezewa hapo juu zimefungwa kwenye ubao wa mkate, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapo juu. Rejelea jedwali hapo juu ili uweke waya kwa usahihi pini zinazohitajika za Arduino kwa sehemu zao ili nambari zilizo hapa chini hazihitaji kubadilishwa kabla ya kupakia. Ili kuunga mkono muundo uliofupishwa, tumia umeme wa kawaida na reli ya ardhini kwa kuweka wiring reli moja ya umeme kama 5V na nyingine kama 3.3V. Unganisha reli mbili za ardhini pamoja wakati unapeana unganisho kwa pini ya ardhi ya mdhibiti mdogo wa Arduino. Unapomaliza, pakia nambari iliyoambatanishwa ili ufikie uwezo wa sensorer ya gesi iliyokusanywa kwenye ubao. Nambari ya Arduino iliyoambatanishwa itadhibiti sensorer za gesi, pamoja na sensorer ya joto na unyevu, na kuonyesha data ya kipimo, kwa sehemu-milioni kwa njia ya mfuatiliaji wa serial. Pia itatoa uainishaji wa kiwango cha hatari cha data iliyopimwa. Sensor ya mionzi inaweza kutegemea kipimo kilichopangwa wakati (i.e. hesabu-kwa dakika), kwa hivyo inashauriwa kuendesha sehemu hii kando na sensorer za gesi. Ili kusaidia utofautishaji huu, sensorer za CO, LPG, na CO2 ndizo zitakuwa sehemu tu zinazojadiliwa wakati mdhibiti mdogo ameunganishwa na moduli ya Bluetooth. Walakini, ni muhimu kutambua kwamba mchakato ufuatao unaweza kufuatwa kufikia matokeo sawa na sensa ya mionzi.

Hatua ya 13: Anzisha Uunganisho wa Bluetooth kati ya Simu na Moduli

Mara tu mfumo wa sensorer unayokusanywa umekusanywa, umeorodheshwa, na kufupishwa, hatua inayofuata ni kuunganisha bila waya kifaa cha mtumiaji kwenye mfumo. Hii itaruhusu usomaji wa sensa ya moja kwa moja kutumwa kwa mtumiaji kwa umbali ulioondolewa kutoka eneo la hatari. Uunganisho wa mfumo wa sensorer na kifaa cha mtumiaji kitawezeshwa na moduli ya Bluetooth ya Arduino BlueSMiRF. Moduli hii itaunganishwa na programu ya simu ya "Arduino Bluetooth" ambayo inaweza kupakuliwa kutoka duka la Google Play. Muunganisho huu utaonyesha moja kwa moja usomaji uliopatikana kutoka kwa sensorer za gesi, uwepo wa binadamu, au sensorer za mionzi, na itapatikana hadi futi 350 na itahadharisha mtumiaji kuhusu mabadiliko katika usomaji wa sensa, huku ikiruhusu mtumiaji kutathmini ikiwa viwango vya hatari vya hatari za mazingira hugunduliwa kwa kuzingatia kanuni za OSHA na EPA.

Sehemu hiyo inapaswa kushonwa kwa waya, kama ilivyoonyeshwa na sensorer, kuanzisha usanidi wa sehemu na kutathmini utendakazi. Kutumia mchoro wa sehemu iliyoonyeshwa kwenye kielelezo hapo juu, sehemu hiyo itaunganishwa na pembejeo ya nguvu ya 5V na pini ya ardhini, wakati pini za sehemu ya TX na RX zitatiwa waya kwa pini mbili za dijiti zilizofafanuliwa na watumiaji. Kama inavyoonyeshwa na takwimu, pini ya TX ilipewa pini ya pili ya dijiti na RX ilifafanuliwa kama ya tatu. Baada ya kumaliza kazi hii, endesha nambari ya mfano inayopatikana hapa chini ili uanzishe usanidi wa vifaa. Kwa wakati huu, LED ya sehemu hiyo inapaswa kupepesa polepole na rangi nyekundu. Fikia mfuatiliaji wa serial na ubadilishe chaguzi zilizo chini ya dirisha kusoma, "Hakuna laini inayoishia" na "baud 9600," kwenye visanduku vya kushuka, mtawaliwa. Kisha andika "$$$" ndani ya kisanduku cha amri, na ubonyeze "Tuma." Hii itaanzisha "Njia ya Amri" katika sehemu, na kusababisha LED kuangaza haraka rangi nyekundu. Kwa kuongezea, sehemu hiyo itatuma ujumbe wa "CMD" kwa mfuatiliaji wa serial.

Badili mipangilio ya kudondosha mfuatiliaji tena ili usome "Newline" na "baud 9600," kabla ya kuendelea na usanidi. Tuma amri "D" na "E" kwa mfuatiliaji wa serial kuonyesha mipangilio ya sehemu, pamoja na jina la kiwanda. Ili jozi na simu yako ya rununu, fungua mipangilio ya Bluetooth, chagua jina lililopewa la moduli ya Bluetooth (ECEbluesmirf kwa mfano uliotolewa). Baada ya uteuzi huu, tuma amri ya "I" kuchanganua vifaa vilivyowezeshwa na Bluetooth. Nambari ya kwanza itatumika kusawazisha vifaa viwili, kwa kutuma "C, Nambari ya Kwanza." Ikikamilika, LED ya Bluetooth itageuka kuwa kijani kibichi.

Hatua ya 14: Unganisha Mfumo kwa Maombi ya rununu - Watumiaji wa Android

Ili kufikia data ya sensa kwenye Android, pakua programu ya rununu "Arduino Bluetooth Data" kutoka duka la Google Play. Fungua programu ya rununu na gonga jina la moduli ya Bluetooth kwenye kiolesura cha mtumiaji kuungana. Unapohamasishwa, chagua programu kama mpokeaji. Muunganisho unaonyesha data ya sensorer utaonyesha na moduli hiyo itakuwa na LED ya kijani kibichi. Baada ya kumaliza, pakia nambari iliyoambatanishwa ili kuamsha sensorer na kupata data ya hatari ya mazingira. Majina ya sensa yanaweza kusasishwa ili kubeba sensorer zilizotumiwa, kama ilivyokamilishwa kufanikisha picha ya skrini hapo juu.

Hatua ya 15: Unda Mabano ya Usaidizi Ili Kuambatanisha Mfumo wa Sensorer

Kukusanya mfumo wa sensorer inahitaji matumizi ya kamba laini mbili za hanger na 3M mkanda wa kushikamana wa pande mbili kushikamana na drone ya DJI Phantom 4. Hatua ya kwanza ni kuinama na kutengeneza kamba laini za hanger ya chuma kwa drone. Hii inahitaji jumla ya urefu wa kamba ya inchi 23. Kutoka kwa hisa hii, kata kamba sawa kwa kutumia saw ya meza na blade ya abrasive. Kisha, saga mwisho ili kuondoa burrs. Matokeo ya mchakato yanaonyeshwa katika kwanza ya takwimu zilizoonyeshwa hapo juu. Wakati wa mchakato huu unataka kuzuia kukata pamoja na maeneo wazi, ili kuzuia kudhoofisha ncha za kamba.

Hatua inayofuata itahitaji kuinama kwa kamba ili kutoshea kwenye drone. Inashauriwa kutumia koleo kuinamisha vyuma na kuweka kamba chini ya reli. Weka kamba kwenye reli za mguu wa drone, na uweke alama mahali pembeni mwa miguu ya reli. Hii itatumika kama ya kuona mahali pa kunama vyuma. Pindisha kamba kwa nyongeza ndogo mpaka zikizunguka matusi, kuzuia kuteleza.

Hatua ya 16: Unganisha Mfumo kwa Drone

Mfano wa kukusanya mfumo wa sensorer utaonyeshwa kwa kutumia kamba laini za hanger za chuma na mkanda wa wambiso. Kama ilivyojadiliwa hapo awali, kamba laini za hanger za chuma ziliinama na kuwekwa chini ya drone kama kuunda jukwaa la vifaa kuketi. Baada ya hii kukamilika, ambatisha vifaa kwenye kamba na wambiso ili iwe salama, lakini usiingiliane na operesheni ya kawaida ya drone. Ili kuruhusu nafasi ya kutosha, mfano hutumia kamba mbili za hanger zinazounga mkono betri ya nje, mdhibiti mdogo, na ubao wa mkate. Kwa kuongeza, sensorer zimewekwa kuelekea nyuma ya drone.

Hatua ya 17: Kutumia Mfumo huu Kutathmini Hatari ya Hatari

Kuamua ukali wa viwango vya hatari vilivyowasilishwa na mfumo huu, mtu anapaswa kurejelea viwango vifuatavyo. Kijani huonyesha mazingira salama kwa wote waliopo katika eneo la kupendeza, wakati zambarau inaonyesha mkusanyiko mbaya zaidi wa mazingira, na kusababisha athari mbaya. Mfumo wa rangi uliotumiwa unatokana na Programu ya Bendera ya Ubora wa Hewa ya EPA.

Monoxide ya kaboni (OSHA)

• 0-50 PPM (Kijani)
• PPM 50-100 (Njano)
• PPM 100-150 (Chungwa)
• PPM 150-200 (Nyekundu)
• > PPM 200 (Zambarau)

Gesi ya Propani ya Liquid (NCBI)

• 0-10, 000 PPM (Kijani)
• 10, 000-17, 000 PPM (Njano)
• > 17, 000 PPM (Nyekundu)

Dioxide ya kaboni (Taasisi ya Global CCS)

• 0-20, 00 PPM (Kijani)
• 20, 000-50, 000 PPM (Njano)
• 50, 000-100, 000 PPM (Chungwa)
• 100, 000-150, 000 PPM (Nyekundu)
• > 150, 000 PPM (Zambarau)

Hatua ya 18: Tumia Mfumo kukusanya Takwimu zilizopimwa

Sasa kwa kuwa mkutano wa mwisho umekamilika, mfumo uko tayari kufanya kazi. Kwa kuwa nambari inahitajika kuruhusu microcontroller kutekeleza mfumo wa sensorer tayari imepakiwa, microcontroller inaweza kushikamana na kifurushi cha betri ya rununu kusambaza data, badala ya kompyuta. Mfumo sasa uko tayari kutumika katika matumizi ya tathmini ya hatari ya mazingira!