Բնապահպանական սենսորային համակարգի հավելված անօդաչու թռչող սարքերի համար. 18 քայլ

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Սույն հրահանգի նպատակն է նկարագրել, թե ինչպես կարելի է կառուցել, կցել և գործել ինտեգրված լուծումների տեխնոլոգիայի բնապահպանական տվիչների համակարգ ՝ DJI Phantom 4 անօդաչու թռչող սարքի հետ համատեղ: Այս սենսորային փաթեթներն օգտագործում են անօդաչուն ՝ պոտենցիալ վտանգավոր միջավայր փոխադրելու համար ՝ OSHA և EPA ստանդարտների համեմատ ածխածնի երկօքսիդի (CO), ածխածնի երկօքսիդի (CO2) և հեղուկ պրոպանի գազի (LPG) ներկայիս ռիսկերի մակարդակները որոշելու համար: Կարևոր է նշել, որ չնայած ճառագայթման տվիչը նույնպես ներկայացված է սույն Հրահանգում, այն կգործի որպես գազի տվիչների առանձին միավոր, և ցուցադրված վերջնական արտադրանքը կներառի միայն վերը թվարկված գազի տվիչների բաղադրիչները:

Քայլ 1. Հավաքեք անհրաժեշտ գործիքները, ծրագրակազմը և նյութերը

Օգտագործված գործիքներ

1. Arduino Software (https://www.arduino.cc/hy/Main/Software)
2. Տափակաբերան աքցան
3. Սեղան Սղոցված հղկող բերանով
4. Սեղանի սրող

Օգտագործված նյութեր

1. DJI Phantom 4
2. Արդուինո Ունո
3. Jackery արտաքին մարտկոց 3350 mAh
4. Ստանդարտ Breadboard
5. Ածխածնի երկօքսիդի ցուցիչ - MQ - 7
6. Հեղուկ պրոպանի գազի տվիչ - MQ - 6
7. Ածխածնի երկօքսիդի CO2 տվիչ - MG - 811
8. AK9750 Si7021 Խոնավության և ջերմաստիճանի տվիչ
9. Գրպանի Geiger ճառագայթման տվիչ - տիպ 5
10. Bluetooth մոդեմ - BlueSMiRF Gold
11. Փափուկ պողպատից կախովի ժապավեններ
12. SparkFun գյուտարարի հավաքածու
13. 3M երկկողմանի ամրացման ժապավեն

Քայլ 2: Հավաքեք տվիչի և միկրոկառավարիչի լարերը

Մուտք գործեք արտադրանքի արտադրողի բոլոր տվիչների տվյալների թերթերին `բաղադրիչի ճիշտ աշխատանքի համար անհրաժեշտ մուտքի և ելքի կապում որոշելու համար: Գազի և ճառագայթման փաթեթներում պարունակվող բոլոր բաղադրիչների համար արդյունավետ կողմնորոշում կառուցելու համար յուրաքանչյուր սենսոր և մոդուլ պետք է միացված լինի առանձին `միկրոկառավարիչին միացնելուց առաջ միկրոկառավարիչին միանալուց առաջ այն աշխատելու համար: Հստակություն ապահովելու համար յուրաքանչյուր տեսակի հիմնական սխեմայի և ծածկագրի կառուցման գործընթացը պարունակում է հետևյալ քայլերը:

Քայլ 3. Որոշեք ածխածնի երկօքսիդի MQ - 7 տվիչի մուտքային և ելքային կապում

Ինչպես ցույց է տրված վերևի դիագրամում, CO բաղադրիչը պետք է ունենա մուտքի լարման երեք կապիչ ամենագլխավոր երկաթուղու վրա, որոնք միացված են 5 Վ միկրոկառավարիչի սնուցման աղբյուրին: Անալոգային մուտքի քորոցը միացված կլինի A0, A1, A2 և այլն մակագրված միկրոկառավարիչի ցանկացած պինին, իսկ գրունտային կապումներն էլ միացված են միկրոկոնտրոլերի գրունտային կապումներին: Վերջապես, 10K ohm ռեզիստոր է օգտագործվում ներքևի ձախ սենսորի քորոցը գետնին միացնելու համար: Կարևոր է նշել, որ այս pinout- ը կիրառելի է CO2 և LPG սենսորների համար, որոնք նույնպես օգտագործվում են այս համակարգում:

Քայլ 4. Միացրեք սենսորը Pinout- ի համաձայն `միկրոկառավարիչի մուտքի և ելքի կապումներին

Ինչպես քննարկվեց նախորդ քայլերում, մեկ քորոց նշանակված է որպես միկրոկոնտրոլերի անալոգային մուտքի քորոց: Վերևում ցուցադրված բազային ծածկագրում, որը հասանելի է հաջորդ քայլին ներբեռնելու համար, սահմանված անալոգային քորոցը A0 փին է: Այս նշման համաձայն, միացրեք վերին ձախ կապը միկրոկոնտրոլերի A0 կապին: Այնուհետև, ընդհանուր 5 Վ մուտքային և գրունտային երկաթուղի կարող է ստեղծվել ՝ միացնելով ամենաթև տախտակի հոսանքի երկաթուղին (նշանակված է «-» խորհրդանիշով) գրունտային քորոցին, իսկ աջակողմյան երկաթուղին («+») ՝ 5 Վ կապոցին: Այս կերպ միացնելով սեղանի տախտակը ՝ սենսորների կապումներն ուղղակիորեն կարող են միացվել տախտակի ռելսերին, ինչը թույլ է տալիս մաքուր կապեր միկրոկոնտրոլերի հետ: Այս կառուցվածքը ներկայացված է վերևի բազային սխեմայի նկարներում:

Քայլ 5: Ներբեռնեք գազի տվիչի բազային կոդը

Միանալուց հետո վերբեռնեք SparkFun- ի արտադրանքի էջից ստացված Arduino բազային կոդը (https://www.sparkfun.com/products/9403; կցված է) ՝ սեղմելով ինտերֆեյսի վերևի ձախ մասում գտնվող սլաքը `ստուգելու համար, որ բաղադրիչը միացված է pinout- ին համապատասխան:

Քայլ 6: Գործողությունն ապահովելու համար բացեք Սերիայի մոնիտորը

Բացեք սերիական մոնիտորը `միջերեսի վերևի աջ մասում ընտրելով խոշորացույցի պատկերակը: Սա կբացի վերևում ցուցադրված առանձին պատուհան, որտեղ կցուցադրվի սենսորի ելքը, որն ի սկզբանե լարման ցուցանիշ է: Եթե տվյալները չեն ցուցադրվում սերիական մոնիտորում, ինչպես նշված է, ստուգեք, որ analogRead գործառույթը հղում է կատարում այս գործընթացի ավելի վաղ փուլերում լարված անալոգային կապի ճիշտ թվին:

Քայլ 7. Կրկնեք 3-6-րդ քայլերը LPG- ի և ածխածնի երկօքսիդի գազի տվիչների համար

Կրկնեք կապերի, սենսորների էլեկտրագծերի և ծածկագրերի սահմանումը `լրացուցիչ սենսորների գործունակությունն ապահովելու համար:

Քայլ 8: Wire SparkFun Si7021 խոնավության և ջերմաստիճանի տվիչ (ըստ ցանկության)

Գազի տվիչների համար նկարագրված նույն ընդհանուր գործընթացը կիրականացվի ջերմաստիճանի և խոնավության տվիչի համար: Այնուամենայնիվ, pinout- ը տարբերվում է գազի տվիչներից և ցուցադրվում է վերևում: VCC կապը (սենսորի աջից երկրորդը) միացված կլինի կամ 5 կամ 3.3 Վ լարման միկրոկառավարիչի աղբյուրին, իսկ ստորգետնյա կապը `միկրոկոնտրոլերի գետնին, ինչպես երևում է գազի սենսորի էլեկտրագծում: Անալոգային ելքային քորոցի փոխարեն այս սենսորը պարունակում է SDA և SCL ելքային կապեր, որոնք պատասխանատու են սենսորից տվյալները փոխանցման համար միկրոկոնտրոլեր փոխանցելու համար: Այս սենսորը կարող է օգտագործվել գազի տվիչների չափումների ճշգրտությունը ստուգելու համար `համեմատած դրանց տվյալների թերթի արժեքների հետ:

Քայլ 9. Ներբեռնեք Si7021 խոնավության և ջերմաստիճանի տվիչ SparkFun բազային կոդը

Էլեկտրագծերի ավարտից հետո կից նմուշի կոդը (հարմարեցված է https://www.sparkfun.com/products/13763 կայքից) պետք է վերբեռնվի միկրոկոնտրոլերի վրա `ապահովելու միացման սխեմաների ճիշտ կառուցումը: Ինչպես նկարագրված էր գազի սենսորային ծածկագրով, ստուգեք, որ բաղադրիչը փոխանցում է ջերմաստիճանը և խոնավությունը `մուտք ունենալով սերիական մոնիտոր: Կարևոր է նշել, որ այս բազային ծածկագիրը ներառում է երկու տարբեր SparkFun բաղադրիչ գրադարանների օգտագործումը: Որպեսզի այս կոդը կազմվի և բեռնվի միկրոկառավարիչի վրա, օգտագործողը պետք է տեղադրի այդ գրադարանները 9 -րդ քայլում ցուցադրված մեթոդներով:

Քայլ 10: Ավելացրեք բաղադրիչի Arduino գրադարաններ

Arduino գրադարանների ծածկագրերում իրականացումը որոշվում է #include հրամանի օգտագործման միջոցով, ինչպես երևում է 8 -րդ քայլի ծածկագրի վերևում: Առանց այդ գրադարանների ներառման, կոդը չի կարողանա կազմել կամ վերբեռնել միկրոկառավարիչ: Այս գրադարաններին մուտք գործելու և տեղադրելու համար անցեք էսքիզների ներդիր, ընդլայնեք Ներառել գրադարանը և ընտրեք Կառավարեք գրադարանները: Մուտքագրեք անհրաժեշտ գրադարանի անունը (տեքստը, որը հայտնվում է #include հրամանից հետո), կտտացրեք ցանկալի տարբերակին, ընտրեք տարբերակ և սեղմեք install:

Քայլ 11. Մետաղական գրպանային Geiger ճառագայթման տվիչ - տիպ 5

Ինչպես նախկինում նշվեց, այս բաղադրիչը կներառվի գազի սենսորներից առանձին: Այս ապրանքը կարգավորելու դեպքում գործընթացը դեռ նույնն է. միացրեք բաղադրիչի կապումներն իրենց համապատասխան ելքերին, ինչպես ցույց է տրված վերևում: Միացրեք VCC կապը միկրոկառավարիչի վրա տեղադրված 5V աղբյուրին, իսկ գետնին `միկրոկոնտրոլերի գետնին, ինչպես դա արվեց գազի տվիչների դեպքում: Այնուհետև միացրեք ազդանշանի և աղմուկի կապերը համապատասխանաբար միկրոկառավարիչի 2 և 5 կապումներին: Այս առաջադրանքի ավարտից հետո վերբեռնեք բազային ծածկագիրը, որը հարմարեցված է radio-watch.org կայքից Github- ի միջոցով (https://www.sparkfun.com/products/142090) և այս բաղադրիչը պատրաստ է շահագործման:

Քայլ 12. Մշակեք ինտեգրված տվիչների էլեկտրագծեր

Յուրաքանչյուր սենսորի անհատական լարերը միացնելուց հետո `դրա գործունակությունը հաստատելու համար, սկսեք յուրաքանչյուր սենսորային լարերի ինտեգրումը խտացված ձևով, որպեսզի վերը նկարագրված բոլոր տվիչները միացված լինեն սեղանի վրա, ինչպես ցույց է տրված վերևի նկարներում: Հղում կատարեք վերը նշված աղյուսակին `Arduino- ի անհրաժեշտ կապումներն իրենց համապատասխան բաղադրիչներին ճիշտ միացնելու համար, որպեսզի ներքևի ծածկագրերը վերբեռնելուց առաջ փոփոխությունների կարիք չունենան: Խտացրած ձևաչափին աջակցելու համար օգտագործեք ընդհանուր էլեկտրահաղորդման և գրունտային երկաթուղի `մի տախտակի էլեկտրահաղորդիչ միացնելով որպես 5V, իսկ մյուսը` 3.3V: Միացրեք երկու գրունտային ռելսերը միաժամանակ ՝ միացում ապահովելով Arduino միկրոկոնտրոլերի գրունտի քորոցին: Ավարտելուց հետո վերբեռնեք կցված ծածկագիրը `գրատախտակին հավաքված գազի սենսորային հնարավորություններին մուտք գործելու համար: Կցված Arduino ծածկագիրը կվերահսկի գազի տվիչները, ինչպես նաև ջերմաստիճանի և խոնավության տվիչը և կցուցադրի դրանց չափման տվյալները ՝ մաս-մաս միլիոնով ՝ սերիական մոնիտորի միջոցով: Այն նաև կտրամադրի չափված տվյալների վտանգավորության մակարդակի դասակարգում: Theառագայթման տվիչը կարող է հիմնված լինել ժամանակի չափման վրա (այսինքն ՝ հաշվում / րոպե), ուստի խորհուրդ է տրվում այս բաղադրիչը գործարկել գազի տվիչներից առանձին: Այս տարբերակումը հաստատելու համար CO, LPG և CO2 տվիչները կլինեն միակ բաղադրիչները, որոնք քննարկվում են, երբ միկրոկառավարիչը զուգակցվում է Bluetooth մոդուլի հետ: Այնուամենայնիվ, կարևոր է նշել, որ ճառագայթման տվիչով նույն արդյունքի հասնելու համար կարելի է հետևել հետևյալ գործընթացին:

Քայլ 13. Նախաձեռնել հեռախոսի և մոդուլի միջև Bluetooth կապը:

Երբ ցանկալի սենսորային համակարգը հավաքվում, ծածկագրվում և խտանում է, հաջորդ քայլը օգտվողի սարքը համակարգին անլար միացնելն է: Սա թույլ կտա ուղիղ սենսորների ընթերցումներ ուղարկել օգտվողին վտանգի տարածքից հեռավորության վրա: Սենսորային համակարգի և օգտագործողի սարքի կապը կնպաստի Arduino BlueSMiRF Bluetooth մոդուլին: Այս մոդուլը միացված կլինի «Arduino Bluetooth Data» բջջային հավելվածին, որը կարելի է ներբեռնել Google Play խանութից: Այս ինտերֆեյսը ուղղակիորեն կցուցադրի գազի սենսորներից, մարդու ներկայությունից կամ ճառագայթման տվիչներից ստացված ընթերցումները և հասանելի կլինի մինչև 350 ոտնաչափ և օգտագործողին կտեղեկացնի սենսորների ընթերցումների փոփոխությունների մասին ՝ միևնույն ժամանակ թույլ տալով օգտվողին գնահատել, թե արդյոք վտանգավոր մակարդակները բնապահպանական վտանգները հայտնաբերվում են OSHA և EPA կանոնակարգերի հետ կապված:

Բաղադրիչը պետք է առանձին լարված լինի, ինչպես ցուցադրվեց սենսորների միջոցով `բաղադրիչի կարգավորումը սկզբնավորելու և գործունակությունը գնահատելու համար: Օգտագործելով բաղադրիչի դիագրամը, որը ցույց է տրված վերևում նկարում, բաղադրիչը կհաղորդվի 5 Վ լարման հզորությամբ և գրունտային քորոցով, մինչդեռ TX և RX բաղադրիչի կապումներն օգտագործողի կողմից սահմանված թվային երկու կապում: Ինչպես ցույց է տրված նկարում, TX կապը նշանակվել է երկրորդ թվային քորոցին, իսկ RX- ը `երրորդ: Այս առաջադրանքն ավարտելուց հետո գործարկեք ստորև բերված օրինակի կոդը ՝ բաղադրիչի կարգավորումը սկսելու համար: Այս պահին բաղադրիչի LED- ը պետք է դանդաղ թարթվի կարմիր երանգով: Մուտք գործեք սերիական մոնիտոր և միացրեք պատուհանի ներքևի ընտրանքները ՝ համապատասխանաբար բացվող տուփերում կարդալու համար ՝ «Ոչ մի տող չի ավարտվում» և «9600 baud»: Այնուհետև հրամանի դաշտում մուտքագրեք «$$$» և սեղմեք «Ուղարկել»: Սա բաղադրիչի մեջ կսկսի «Հրամանի ռեժիմ» և կհանգեցնի LED- ի արագ թարթման կարմիր երանգին: Բացի այդ, բաղադրիչը «CMD» հաղորդագրություն կուղարկի սերիական մոնիտոր:

Կարգավորումը շարունակելուց առաջ նորից միացրեք սերիական մոնիտորի բացվող կարգավորումները ՝ «Newline» և «9600 baud» կարդալու համար: «D» և «E» հրամանները ուղարկեք սերիական մոնիտոր ՝ բաղադրիչի կարգավորումները ցուցադրելու համար, ներառյալ գործարանի անվանումը: Ձեր բջջային հեռախոսին զուգորդելու համար բացեք Bluetooth- ի կարգավորումները, ընտրեք Bluetooth մոդուլի տրված անունը (տրամադրված օրինակի համար ECEbluesmirf): Այս ընտրությունից հետո ուղարկեք «I» հրաման ՝ Bluetooth- ով միացված սարքերը փնտրելու համար: Առաջին համարը կօգտագործվի երկու սարքերի համաժամացման համար `ուղարկելով« C, առաջին համար »: Ավարտելուց հետո Bluetooth LED- ը կդառնա կանաչ գույն:

Քայլ 14. Միացրեք համակարգը բջջային հավելվածին `Android օգտագործողներ

Android- ի սենսորային տվյալներին մուտք գործելու համար ներբեռնեք «Arduino Bluetooth Data» բջջային հավելվածը Google Play խանութից: Բացեք բջջային հավելվածը և միանալու համար հպեք օգտվողի միջերեսի Bluetooth մոդուլի անվան վրա: Երբ հուշվում է, ընտրեք ծրագիրը որպես ստացող: Սենսորի տվյալները ցուցադրող ինտերֆեյսը կցուցադրվի, և մոդուլը կպարունակի ամուր կանաչ LED: Ավարտելուց հետո վերբեռնեք կցված ծածկագիրը ՝ սենսորներն ակտիվացնելու և շրջակա միջավայրի վտանգի տվյալները ստանալու համար: Սենսորների անունները կարող են թարմացվել `օգտագործված սենսորներին համապատասխանեցնելու համար, ինչպես ավարտվել է` վերը նշված սքրինշոթին հասնելու համար:

Քայլ 15. Ստեղծեք աջակցության փակագծեր `սենսորային համակարգին ամրացնելու համար

Սենսորային համակարգի հավաքման համար անհրաժեշտ է օգտագործել երկու փափուկ պողպատից կախիչներ և 3M երկկողմանի սոսինձ ամրացնող ժապավեն ՝ DJI Phantom 4 անօդաչու թռչող սարքին ամրացնելու համար: Առաջին քայլը թեքվելն ու ձևավորելն է փափուկ պողպատից կախովի ժապավենները դեպի անօդաչու թռչող սարքը: Սա պահանջում է ընդհանուր սկզբնական ժապավենի երկարությունը 23 դյույմ: Այս պահեստից կտրեք հավասար ժապավեններ `օգտագործելով սեղանի սղոց` հղկող սայրով: Այնուհետև ծայրերը մանրացրեք, որպեսզի հեռացնեք բեկորները: Գործընթացի արդյունքը ցուցադրվում է վերևում ցուցադրված պատկերներից առաջինում: Այս գործընթացի ընթացքում ցանկանում եք խուսափել բաց անցքերի երկայնքով կտրելուց, խուսափել ժապավենի ծայրերը թուլացնելուց:

Հաջորդ քայլը կպահանջի ամրագոտիների թեքում ՝ անօդաչուի վրա տեղավորվելու համար: Խորհուրդ է տրվում օգտագործել տափակաբերան աքցան `պողպատները թեքելու և ժապավենը տեղադրելու համար ռելսերի ներքևի մասում: Անօդաչու թռչող սարքի ռելսերի վրա ամրացրեք ամրագոտիները և նշեք, թե որտեղ է երկաթգծի եզրերի եզրը: Սա կծառայի որպես տեսողական, որտեղ պետք է թեքել պողպատները: Թեքեք ամրագոտիները փոքր աճով, մինչև դրանք փաթաթվեն վանդակապատերի շուրջ ՝ կանխելով սահելը:

Քայլ 16: Համախմբեք համակարգը դեպի անօդաչու թռչող սարք

Սենսորային համակարգի հավաքման օրինակը կցուցադրվի փափուկ պողպատից կախովի ժապավենների և կպչուն ժապավենի միջոցով: Ինչպես արդեն քննարկվել էր, փափուկ պողպատից կախովի ամրագոտիները թեքվել էին և դրվել անօդաչու թռչող սարքի ներքևի մասում ՝ բաղադրիչների վրա նստելու հարթակ ստեղծելու համար: Սա ավարտելուց հետո կպցրեք բաղադրիչները սոսինձով ամրագոտիներին, որպեսզի դրանք ապահով լինեն, բայց չխանգարեն անօդաչու թռչող սարքի բնականոն գործունեությանը: Բավական տարածք թույլ տալու համար օրինակն օգտագործում է երկու կախիչ ամրագոտիներ, որոնք աջակցում են արտաքին մարտկոցին, միկրոկոնտրոլերին և տախտակին: Բացի այդ, տվիչները տեղադրված են դեպի անօդաչուի թիկունքը:

Քայլ 17. Այս համակարգի օգտագործումը `վտանգի ռիսկը գնահատելու համար

Այս համակարգի կողմից ներկայացված վտանգի մակարդակի ծանրությունը որոշելու համար պետք է հղում կատարել հետևյալ չափանիշներին. Կանաչը ցույց է տալիս անվտանգ միջավայր բոլորի համար, ովքեր հետաքրքրված են տարածքում, մինչդեռ մանուշակագույնը ցույց է տալիս շրջակա միջավայրի հնարավոր ամենավատ կոնցենտրացիան ՝ հանգեցնելով մահացու հետևանքների: Օգտագործված գունային համակարգը բխում է EPA- ի օդի որակի դրոշի ծրագրից:

Ածխածնի օքսիդ (OSHA)

• 0-50 PPM (կանաչ)
• 50-100 PPM (դեղին)
• 100-150 PPM (նարնջագույն)
• 150-200 PPM (կարմիր)
• > 200 PPM (Մանուշակագույն)

Հեղուկ պրոպանային գազ (NCBI)

• 0-10, 000 PPM (կանաչ)
• 10, 000-17, 000 PPM (դեղին)
• > 17, 000 PPM (կարմիր)

Ածխածնի երկօքսիդ (Գլոբալ CCS ինստիտուտ)

• 0-20, 00 PPM (կանաչ)
• 20, 000-50, 000 PPM (դեղին)
• 50, 000-100, 000 PPM (նարնջագույն)
• 100, 000-150, 000 PPM (կարմիր)
• > 150, 000 PPM (Մանուշակագույն)

Քայլ 18. Օգտագործեք համակարգը `չափված տվյալներ հավաքելու համար

Այժմ, երբ ավարտական հավաքումն ավարտված է, համակարգը պատրաստ է գործել: Քանի որ միկրոկառավարիչին սենսորային համակարգը գործարկելու համար անհրաժեշտ կոդը արդեն բեռնված է, միկրոկոնտրոլերը կարող է միացվել բջջային մարտկոցի տուփին ՝ տվյալները փոխանցելու համար ՝ համակարգչի փոխարեն: Համակարգն այժմ պատրաստ է օգտագործման համար շրջակա միջավայրի վտանգների գնահատման ծրագրերում: