Smart Coffee Machine Pump Controlled by Raspberry Pi & HC-SR04 Ultrasonic Sensor and Cloud4RPi: 6 Steps

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:47

Տեսականորեն, ամեն անգամ, երբ սուրճի մեքենա ես գնում առավոտյան բաժակի համար, քսանից մեկ հավանականություն կա, որ ստիպված կլինես լցնել ջրի բաքը: Գործնականում, սակայն, թվում է, որ մեքենան ինչ -որ կերպ գտնում է մի միջոց, որը միշտ ձեզ վրա է դնում այս աշխատանքը: Որքան շատ սուրճ եք ուզում, այնքան ավելի հավանական է, որ ստանաք «ջրի բաքը լցնելու» սարսափելի հաղորդագրությունը: Իմ գործընկերները նույն կերպ են վերաբերվում դրան: Լինելով այն հիմարները, որոնք մենք ենք, մենք որոշեցինք կիրառել այն տեխնոլոգիան, որը վերջ կդնի դրան:

Պարագաներ

Մեր սարքավորումները

Մենք ունենք SAECO Aulika Focus սուրճի մեքենա: Մինչ օրս մենք ձեռքի պոմպով էինք լցնում մեքենայի ջրի բաքը սովորական 5 գալոն (19 լ) ջրի շշից:

Մեր նպատակները

1. Օգտագործեք էլեկտրական պոմպ, որը շարժվում է ինչ -որ կարգավարի կամ միկրոհամակարգչի միջոցով `ռելեի միջոցով:
2. Ունեք սուրճի մեքենայի բաքում ջրի մակարդակը չափելու միջոց, որպեսզի մեր համակարգը իմանա, թե երբ պետք է այն լիցքավորել:
3. Միջոցներ ունենալ համակարգը վերահսկելու համար, ցանկալի է իրական ժամանակում շարժական սարքից:
4. Ստացեք ծանուցումներ (Slack- ի կամ նմանատիպ ծառայության միջոցով), եթե ինչ -որ բան սխալ է տեղի ունենում համակարգում:

Քայլ 1: Սարքավորումների ընտրություն

Պոմպը

Արագ որոնումը ցույց կտա էլեկտրական պոմպի մի քանի մոդել, որոնք նախատեսված են ձեր ընտրած ջրի շշի համար: Նման պոմպերը սովորաբար վերահսկվում են ON/OFF անջատիչով (օրինակ ՝ Hot Frost A12 կամ SMixx ХL-D2): Ահա մեր նախագծի համար ընտրված պոմպը:

Վերահսկիչ սարք

Մենք փորձեցինք մի քանի սարքեր, բայց նստեցինք Raspberry Pi- ի վրա ՝ հետևյալ առավելությունների պատճառով.

• Այն ունի GPIO, որը թույլ է տալիս միացնել հարևանության տվիչ
• Այն աջակցում է Python- ին

Մենք տեղադրել ենք Raspbian Buster Lite- ի թարմ տարբերակը և այն ամենը, ինչ անհրաժեշտ է Python 3 -ը գործարկելու համար:

Ինչպես ենք մենք փոխում պոմպը

Էլեկտրաէներգիան վերահսկելու համար մենք ընտրեցինք միջին հզորության (12V/2A) պինդ վիճակի ռելե, որը հարմար է փոփոխական հոսանքի համար: Ռելեն միացնում է պոմպը վարդակին և վերահսկվում է Raspberry Pi- ի թվային քորոցով:

Ինչպես ենք մենք ստուգում ջրի մակարդակը

Մեզ համար կարևոր էր չփոխել սուրճի մեքենայի կառուցվածքը, ուստի որոշեցինք օգտագործել HC-SR04 ուլտրաձայնային հարևանության սենսորը `ջրի մակարդակը չափելու համար:

Մենք եռաչափ տպեցինք ջրի բաքի ծածկը ՝ երկու անցքով ՝ սենսորի արտանետիչների համար: Մենք հեշտությամբ գտանք սենսորի GitHub գրադարանը: Այս պահին բոլոր նախապատրաստական աշխատանքներն ավարտվեցին:

Քայլ 2: Համակարգի նախագծում

Համակարգի տրամաբանություն

Համակարգը նախագծված է ՝ հաշվի առնելով հետևյալ պարզ տրամաբանությունը.

• Համակարգը մշտապես վերահսկում է տվիչի և ջրի մակերևույթի միջև հեռավորությունը:
• Ամեն անգամ, երբ հեռավորության փոփոխությունը անցնում է շեմի արժեքից, համակարգը իր վիճակի մասին տեղեկատվություն է ուղարկում ամպ:
• Եթե հեռավորությունը անցնում է թույլատրելի առավելագույն արժեքից (բաքը դատարկ է), համակարգը միացնում է պոմպը և անջատում այն, երբ հեռավորությունը փոքր է թույլատրելի նվազագույն արժեքից:
• Ամեն անգամ, երբ համակարգի վիճակը փոխվում է (օրինակ ՝ պոմպը ակտիվանում է), այն տեղեկացնում է ամպին:

Սխալի դեպքում ծանուցումն ուղարկվում է Slack ալիքին:

Երբ սուրճի ապարատը անգործության է մատնված, համակարգը րոպեական մեկ անգամ ախտորոշիչ տվյալներով ամպային ծառայություն է մատուցում: Բացի այդ, այն իր վիճակն ամպ է ուղարկում ամեն 5 րոպեն մեկ:

Երբ պոմպն ակտիվ է, համակարգը տվյալներ է ուղարկում ավելի հաճախ, բայց ոչ ավելի, քան կես վայրկյանը մեկ:

def send (ամպ, փոփոխականներ, dist, error_code = 0, force = False): pump_on = is_pump_on () տոկոս = calc_water_level_percent (dist) փոփոխականներ ['Distance'] ['value'] = dist variables ['WaterLevel'] [' արժեք '] = տոկոսային փոփոխականներ [' PumpRelay '] [' value '] = փոփոխականների_պոմպ

ընթացիկ = ժամանակ ()

գլոբալ last_sending_time եթե ուժ կամ ընթացիկ - last_sending_time> MIN_SEND_INTERVAL: ընթերցումներ = cloud.read_data () cloud.publish_data (ընթերցումներ) last_sending_time = ընթացիկ

Պոմպի հետ աշխատելը

Մենք սահմանում ենք հետևյալ հաստատունները ՝ որպես պոմպի շահագործման տրամաբանության հիմք:

# GPIO կապում (BCM) GPIO_PUMP = 4 GPIO_TRIGGER = 17 GPIO_ECHO = 27

# Պոմպ

START_PUMP = 1 STOP_PUMP = 0 PUMP_BOUNCE_TIME = 50 # միլիվայրկյան PUMP_STOP_TIMEOUT = 5 # վրկ

ԿԱՐԵՎՈՐ. Եթե մտադիր եք օգտագործել Pin 4-ը, մի մոռացեք անջատել 1-Wire raspi-config տարբերակը `հակամարտություններից խուսափելու համար:

Theրագրի գործարկման ժամանակ մենք գրանցում ենք հետադարձ կապ և նախնական վիճակը դնում OFF:

Ահա պոմպը միացնող գործառույթի կոդը.

def toggle_pump (արժեք). GPIO.output (GPIO_PUMP, արժեք) # Սկսել/դադարեցնել թափելը

Ինչպես սահմանված է վերը նշված գործարկման կոդի մեջ, երբ ռելեոնը միացված է, կանչվում է հետևյալ հետադարձ կապը.

pump_on = Սխալ def pump_relay_handle (pin). գլոբալ pump_on pump_on = GPIO.input (GPIO_PUMP) log_debug ("Պոմպի ռելեդը փոխվել է % d" % pump_on)

Հետադարձ կապում մենք պոմպի ընթացիկ վիճակը պահում ենք փոփոխականի մեջ: applicationրագրի հիմնական հանգույցում մենք կարող ենք հայտնաբերել այն պահը, երբ պոմպը միանում է, ինչպես ցույց է տրված ստորև.

def is_pump_on (): գլոբալ pump_on վերադարձի pump_on

եթե GPIO.event_detected (GPIO_PUMP):

is_pouring = is_pump_on () #… log_debug ('[!] Պոմպի իրադարձությունը հայտնաբերվել է. % s' % ('On' if ispporing else 'Off')) ուղարկել (ամպ, փոփոխականներ, հեռավորություն, ուժ = True)

Հեռավորության չափում

Quiteրի մակերևույթին հեռավորությունը չափելը բավականին հեշտ է `օգտագործելով ուլտրաձայնային հարևանության սենսոր: Մեր շտեմարանում մենք կիսեցինք մի քանի պիթոնի սցենարներ, որոնք թույլ են տալիս փորձարկել սենսորը:

Իրական ծրագրերում սենսորների ընթերցումները կարող են տատանվել սենսորի բարձրացնող ազդեցության և ջրի տատանումների պատճառով: Որոշ դեպքերում ընթերցումները կարող են ամբողջությամբ բացակայել: Մենք իրականացրեցինք BounceFilter դաս, որը կուտակում է N- ի վերջին արժեքները, գցում է գագաթները և հաշվարկում մնացած չափումների միջին ցուցանիշը: Չափման գործընթացն իրականացվում է հետևյալ ասինխրոն ալգորիթմի միջոցով:

# Պահում է սենսորի վերջին չափումների ընթերցումները = BounceFilter (չափը = 6, discard_count = 1)

read_complete = threading. Event ()

def wait_for_distance ():

read_complete.clear () thread = threading. Thread (target = read_distance) thread.start ()

եթե չեք կարդում_ ամբողջական. սպասեք (MAX_READING_TIMEOUT):

log_info ('Reading sensor timeout') return Ոչ մի վերադարձի ընթերցում չկա: avg ()

def read_distance ():

փորձեք.: reading_complete.set ()

Դուք կարող եք գտնել ֆիլտրի ամբողջական իրականացումը աղբյուրներում:

Քայլ 3: Արտակարգ իրավիճակների կարգավորում

Ի՞նչ կլինի, եթե սենսորը այրվի կամ ընկնի կամ սխալ տարածք նշի: Մեզ անհրաժեշտ էր նման դեպքեր հաղորդելու միջոց, որպեսզի կարողանանք ձեռքով գործողություններ կատարել:

Եթե սենսորը չի կարողանում ապահովել հեռավորության ընթերցումներ, համակարգը փոփոխված կարգավիճակն ուղարկում է ամպ և ստեղծում համապատասխան ծանուցում:

Տրամաբանությունը պատկերված է ստորև բերված ծածկագրով:

distance = wait_for_distance () # Կարդացեք ջրի ընթացիկ խորությունը, եթե հեռավորությունը չկա: log_error ('Distance error!') notify_in_background (calc_alert (SENSOR_ERROR)) send (cloud, variables, distance, error_code = SENSOR_ERROR, force = True)

Մենք ունենք ջրի մակարդակի գործառնական տիրույթ, որը պետք է պահպանվի, երբ սենսորը իր տեղում է: Մենք ստուգում ենք, արդյոք ջրի ներկայիս մակարդակը ընկնում է այս տիրույթում.

# Սենսորից մինչև ջրի մակարդակ # սուրճի մեքենայի ջրի բաքի հիման վրա MIN_DISTANCE = 2 # սմ MAX_DISTANCE = 8 # սմ

# Հեռավորությունը սպասված տիրույթից դուրս է. Մի սկսեք լցվել

եթե հեռավորությունը> MAX_DISTANCE * 2: log_error ('Հեռավորությունը տիրույթից դուրս է. %.2f' % հեռավորություն) շարունակեք

Մենք անջատում ենք պոմպը, եթե այն ակտիվ էր, երբ տեղի էր ունենում սխալ:

եթե is_pump_on () և pre_distance <STOP_PUMP_DISTANCE + DISTANCE_DELTA: log_error ('

toggle_pump (STOP_PUMP)

Մենք մշակում ենք նաև այն դեպքը, երբ շշի ջուրն ավարտվում է: Մենք ստուգում ենք, արդյոք ջրի մակարդակը չի փոխվում, երբ պոմպն աշխատում է: Եթե այդպես է, համակարգը սպասում է 5 վայրկյան, իսկ հետո ստուգում է, արդյոք պոմպն անջատված է: Եթե դա չի եղել, ապա համակարգը իրականացնում է վթարային պոմպի անջատում և ուղարկում սխալի մասին ծանուցում:

PUMP_STOP_TIMEOUT = 5 # secsemergency_stop_time = Ոչ մեկը

def set_emergency_stop_time (այժմ, հորդառատ է).

գլոբալ Emergency_stop_time Emergency_stop_time = այժմ + PUMP_STOP_TIMEOUT, եթե / այլևս չի թափվում Ոչ մեկը

def check_water_source_empty (այժմ):

վերադարձնել Emergency_stop_time- ը և այժմ> Emergency_stop_time- ը

# --------- հիմնական հանգույց -----------

եթե GPIO.event_detected (GPIO_PUMP): is_pouring = is_pump_on () set_emergency_stop_time (now, is_pouring) #…

գլոբալ պոմպը_անջատված է

եթե check_water_source_empty (այժմ). log_error ('[!] Պոմպի վթարային կանգառ: / sourceրի աղբյուրը դատարկ է') toggle_pump (STOP_PUMP) pump_disabled = True

Վերևում արտակարգ իրավիճակների կանգառի ժամանակ առաջացած հաղորդագրությունների մատյան է:

Քայլ 4: Համակարգի գործարկում 24/7

Սարքի կոդը կարգաբերված է և աշխատում է առանց խնդիրների: Մենք այն գործարկեցինք որպես ծառայություն, ուստի այն վերագործարկվում է, եթե Raspberry Pi- ն վերագործարկվի: Հարմարության համար մենք ստեղծեցինք Makefile, որն օգնում է տեղակայմանը, ծառայության գործարկմանը և տեղեկամատյանների դիտմանը:

. PHONY: տեղադրել գործարկման մեկնարկի կանգառի կարգավիճակի մատյան, տեղակայել MAIN_FILE: = սուրճ-պոմպ/main.py SERVICE_INSTALL_SCRIPT: = service_install.sh SERVICE_NAME: = coffee-pump.service

տեղադրել:

chmod +x $ (SERVICE_INSTALL_SCRIPT) sudo./$(SERVICE_INSTALL_SCRIPT) $ (MAIN_FILE)

վազել:

sudo python3 $ (MAIN_FILE)

սկիզբ:

sudo systemctl սկսել $ (SERVICE_NAME)

կարգավիճակ:

sudo systemctl կարգավիճակը $ (SERVICE_NAME)

կանգառ:

sudo systemctl կանգառը $ (SERVICE_NAME)

տեղեկամատյան:

sudo journalctl -u սուրճի պոմպ -այսօրվանից

տեղակայել:

rsync -av սուրճ-պոմպի սենսոր-կարգավորում Makefile *.sh pi@XX. XX. XXX. XXX: ~/

Դուք կարող եք գտնել այս ֆայլը և բոլոր անհրաժեշտ սցենարները մեր շտեմարանում:

Քայլ 5: Ամպի մոնիտորինգ

Մենք օգտագործեցինք Cloud4RPi ՝ կառավարման վահանակ իրականացնելու համար: Սկզբում մենք ավելացրեցինք վիջեթներ `նշելու համակարգի հիմնական պարամետրերը:

Ի դեպ, STATUS փոփոխականի վիջեթը կարող է օգտագործել տարբեր գույնի սխեմաներ `հիմնված դրա արժեքի (տե՛ս վերևի պատկերը):

Մենք ավելացրեցինք գծապատկերային վիջեթ ՝ դինամիկ տվյալները ցուցադրելու համար: Ստորև բերված պատկերում դուք կարող եք տեսնել այն պահը, երբ պոմպը միացված և անջատված է, և ջրի համապատասխան մակարդակները:

Եթե ավելի երկար ժամանակ եք վերլուծում, կարող եք տեսնել գագաթներ, դա այն ժամանակ էր, երբ պոմպը աշխատում էր:

Cloud4RPi- ն նաև թույլ է տալիս սահմանել հարթեցման տարբեր մակարդակներ:

Քայլ 6: Այն աշխատում է

Աշխատում է! Կառավարման վահանակն ամբողջությամբ նայում է ստորև:

Ներկայումս մեր ավտոմատ պոմպը գործում է արդեն մի քանի շաբաթ, և այն ամենը, ինչ մեզ անհրաժեշտ էր անել, ջրի շշերի փոխարինումն է: Մեր նախագծի ամբողջական կոդը հասանելի է մեր GitHub շտեմարանում: