Keskkonnasensorisüsteemi kinnitus UAV -de jaoks: 18 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Selle juhendi eesmärk on kirjeldada, kuidas ehitada, kinnitada ja kasutada Integrated Solutions Technology keskkonnaandurite süsteemi koos DJI Phantom 4 drooniga. Need anduripaketid kasutavad drooni potentsiaalselt ohtlikku keskkonda transportimiseks, et tuvastada süsinikmonooksiidi (CO), süsinikdioksiidi (CO2) ja vedela propaangaasi (LPG) praegused riskitasemed võrreldes OSHA ja EPA standarditega. Oluline on märkida, et kuigi käesolevas juhendis on näidatud ka kiirgusandur, töötab see gaasianduritele eraldi üksusena ja näidatud lõpptoode sisaldab ainult eespool loetletud gaasianduri komponente.

Samm: koguge vajalikud tööriistad, tarkvara ja materjalid

Kasutatud tööriistad:

1. Arduino tarkvara (https://www.arduino.cc/en/Main/Software)
2. Tangid
3. Abrasiivse teraga lauasaag
4. Laua veski

Kasutatud materjalid:

1. DJI Phantom 4
2. Arduino Uno
3. Jackery väline aku 3350mAh
4. Tavaline leivalaud
5. Vingugaasi andur - MQ - 7
6. Vedela propaani gaasiandur - MQ - 6
7. Süsinikdioksiidi CO2 andur - MG - 811
8. AK9750 Si7021 niiskus- ja temperatuuriandur
9. Tasku Geigeri kiirgusandur - tüüp 5
10. Bluetooth -modem - BlueSMiRF Gold
11. Pehmest terasest riputusrihmad
12. SparkFuni leiutaja komplekt
13. 3M kahepoolne kinnituslint

Samm: pange anduri ja mikrokontrolleri juhtmestik kokku

Juurdepääs toote tootja kõikidele andurite andmelehtedele, et teha kindlaks sisend- ja väljundpoldid, mis on vajalikud komponendi nõuetekohaseks toimimiseks. Kõigi gaasi- ja kiirguspakendites olevate komponentide tõhusa orientatsiooni loomiseks tuleks iga andur ja moodul eraldi juhtmega ühendada, et tagada nende töövõime mikrokontrolleriga ühendamisel enne ühele leivaplaadile integreerimist. Selguse tagamiseks sisaldub igat tüüpi baasahela ja koodi konstrueerimise protsess järgmistes etappides.

3. samm: määrake süsinikmonooksiidi MQ -7 anduri sisend- ja väljundpoldid

Nagu ülaltoodud diagrammil näidatud, peaks CO -komponendil olema parempoolseima rööpaga kolm sisendpinge tihvti, mis on ühendatud 5 V mikrokontrolleri toiteallikaga. Analoogsisendi tihvt ühendatakse mis tahes mikrokontrolleri tihvtiga, millel on tähis A0, A1, A2 jne, samal ajal kui maandusnõelad on ühendatud mikrokontrolleri maandusnõeltega. Lõpuks kasutatakse 10K oomi takistit, et ühendada alumine vasakpoolne anduri tihvt maapinnaga. Oluline on märkida, et see pistik on rakendatav ka selles süsteemis kasutatavate CO2- ja LPG -andurite jaoks.

Samm: ühendage andur vastavalt pistikupesale mikrokontrolleri sisendi ja väljundi kontaktidega

Nagu eelmistes etappides arutatud, on üks tihvt mikrokontrollerile määratud analoogsisendina. Ülaltoodud ja järgmises etapis allalaadimiseks saadaval olevas põhikoodis on määratletud analoogpistik tihvt A0. Selle tähistuse kohaselt ühendage ülemine vasak tihvt mikrokontrolleri A0 tihvti külge. Seejärel saab luua ühise 5 V sisendi ja maandusliini, ühendades vasakpoolseima leivaplaadi toiteliini (tähistatud sümboliga "-") maanduspistikuga ja parempoolsema rööpaga ("+") 5 V kontaktiga. Leivaplaati sel viisil ühendades saab anduri tihvtid ühendada otse leivaplaadi rööbastega, võimaldades mikrokontrolleriga puhtaid ühendusi. See struktuur on esitatud ülaltoodud baasahela piltidel.

Samm: laadige alla gaasianduri baaskood

Pärast ühendamist laadige üles Arduino põhikood, mis on saadud SparkFuni tootelehelt (https://www.sparkfun.com/products/9403; lisatud), vajutades liidese vasakus ülanurgas asuvat noolt, et kontrollida, kas komponent on ühendatud vastavalt pinoutile.

6. toiming: töökindluse tagamiseks avage jadamonitor

Avage jadamonitor, valides liidese paremas ülanurgas suurendusklaasi ikooni. See avab ülaltoodud eraldi akna, kus kuvatakse anduri väljund, algselt pinge näit. Kui andmeid ei kuvata jadamonitoris, nagu näidatud, veenduge, et funktsioon analogRead viitab selle protsessi varasemates etappides juhtmega ühendatud analoogpistiku õigele numbrile.

Samm: korrake samme 3-6 LPG ja süsinikdioksiidi gaasiandurite jaoks

Täiendavate andurite töökindluse tagamiseks korrake tihvtide, andurite juhtmestiku ja koodi üleslaadimise määratlust.

8. samm: Wire SparkFun Si7021 niiskus- ja temperatuuriandur (valikuline)

Sama üldist protsessi, mis on kirjeldatud gaasiandurite puhul, rakendatakse ka temperatuuri- ja niiskusandurite puhul. Kuid pistik erineb gaasianduritest ja kuvatakse ülal. VCC tihvt (teine paremal anduril) ühendatakse kas 5 või 3,3 V mikrokontrolleri toiteallikaga ja maandusnõel ühendatakse mikrokontrolleri maandusega, nagu on näha gaasianduri juhtmestikus. Analoogväljundi tihvti asemel sisaldab see andur SDA ja SCL väljundtiipe, mis vastutavad andmete edastamise eest andurilt mikrokontrollerile töötlemiseks. Seda andurit saab kasutada gaasianduri mõõtmiste täpsuse kontrollimiseks võrreldes nende andmelehe väärtustega.

Samm: laadige alla Si7021 niiskuse ja temperatuurianduri SparkFun põhikood

Pärast juhtmestiku lõpuleviimist tuleks lisatud näidiskood (kohandatud aadressilt https://www.sparkfun.com/products/13763) mikrokontrollerile üles laadida, et tagada vooluahela nõuetekohane ehitus. Nagu gaasianduri koodi puhul kirjeldatud, veenduge, et komponent edastab temperatuuri ja niiskust, avades seeriamonitori. Oluline on märkida, et see põhikood hõlmab kahe erineva SparkFuni komponenditeegi kasutamist. Selle koodi koostamiseks ja mikrokontrollerisse üleslaadimiseks peab kasutaja need teegid installima 9. sammus näidatud meetodite abil.

Samm: lisage Arduino komponentide raamatukogud

Arduino teekide rakendamine koodides tuvastatakse käsu #include abil, nagu on näha 8. sammu koodi ülaosas. Ilma nende teekide kaasamiseta ei saa koodi mikrokontrollerile kompileerida ega üles laadida. Nende teekide avamiseks ja installimiseks minge visandite vahekaardile, laiendage Kaasa raamatukogu ja valige Halda teeke. Sisestage vajaliku kogu nimi (tekst, mis ilmub pärast käsku #include), klõpsake soovitud suvandil, valige versioon ja vajutage install.

11. samm: traaditasku Geigeri kiirgusandur - tüüp 5

Nagu varem öeldud, lisatakse see komponent gaasianduritest eraldi. Selle toote seadistamisel on protsess endiselt sama; ühendage komponentide tihvtid vastavate väljunditega, nagu on näidatud ülal. Ühendage VCC tihvt 5 V allikaga, mis asub mikrokontrolleril, ja maandusnõel mikrokontrolleri maandusega, nagu tehti gaasianduritega. Seejärel ühendage signaali ja müra tihvtid vastavalt mikrokontrolleri kontaktidega 2 ja 5. Pärast selle ülesande täitmist laadige Githubi kaudu üles kiir-watch.org-ist kohandatud baaskood (https://www.sparkfun.com/products/142090) ja see komponent on tööks valmis.

12. samm: arendage sisse integreeritud anduri juhtmestik

Pärast iga anduri eraldi ühendamist selle toimivuse kinnitamiseks alustage iga anduri juhtmestiku integreerimist kondenseeritud kujul, nii et kõik ülalkirjeldatud andurid on ühendatud juhtpaneeliga, nagu on näidatud ülaltoodud joonistel. Vaadake ülaltoodud tabelit, et ühendada vajalikud Arduino tihvtid õigesti nende komponentidega, nii et allpool olevaid koode ei ole vaja enne üleslaadimist muuta. Kondensvormingu toetamiseks kasutage ühist toite- ja maapealset rööpa, ühendades ühe leivaplaadi toiteliini 5V ja teise 3,3V pingega. Ühendage kaks maandusliini kokku, luues samal ajal ühenduse Arduino mikrokontrolleri maandusnõelaga. Kui olete lõpetanud, laadige üles lisatud kood, et pääseda juurde tahvlile kogutud gaasianduri võimalustele. Lisatud Arduino kood juhib gaasiandureid, samuti temperatuuri ja niiskuse andurit ning kuvab nende mõõtmisandmed jaotusmonitori kaudu osades miljoni kohta. See annab ka mõõdetud andmete ohutaseme klassifikatsiooni. Kiirgusandur võib sõltuda ajapiirangutest (st loendustest minutis), seega on soovitatav seda komponenti gaasianduritest eraldi kasutada. Selle eristamise toetamiseks on CO, LPG ja CO2 andurid ainsad komponendid, mida arutatakse, kui mikrokontroller on Bluetooth -mooduliga seotud. Siiski on oluline märkida, et kiirgusanduriga sama tulemuse saavutamiseks saab järgida järgmist protsessi.

Samm: looge Bluetooth -ühendus telefoni ja mooduli vahel

Kui soovitud andurisüsteem on kokku pandud, kodeeritud ja kondenseeritud, on järgmine samm kasutajaseadme traadita ühendamine süsteemiga. See võimaldab reaalajas andurite näiteid saata kasutajale ohualast eemaldatud kaugusel. Andurisüsteemi ja kasutaja seadme ühendamist hõlbustab Arduino BlueSMiRF Bluetooth -moodul. See moodul ühendatakse mobiilirakendusega „Arduino Bluetooth Data”, mille saab alla laadida Google Play poest. See liides kuvab otse gaasianduritelt, inimese kohalolekult või kiirgusanduritelt saadud näitu ning on ligipääsetav kuni 350 jala kõrgusele ning hoiatab kasutajat andurite näitude muutustest, võimaldades samal ajal kasutajal hinnata, kas keskkonnaohte avastatakse OSHA ja EPA eeskirjade kohaselt.

Komponent tuleb ühendada eraldi, nagu on näidatud anduritega, et seadistada komponendid ja hinnata nende toimivust. Kasutades ülaltoodud joonisel näidatud komponendiskeemi, ühendatakse komponent 5V toitesisendiga ja maanduspistikuga, TX- ja RX-komponendi tihvtid aga kahe kasutaja määratud digitaalse kontaktiga. Nagu jooniselt näidatud, määrati TX -tihvt teisele digitaalsele tihvtile ja RX määratleti kui kolmas. Pärast selle ülesande täitmist käivitage komponentide seadistamise alustamiseks allpool toodud näidiskood. Sel hetkel peaks komponendi LED aeglaselt vilkuma punase tooniga. Juurdepääs jadamonitorile ja akna allservas olevate suvandite valimine rippmenüüst vastavalt „No line end” ja „9600 baud”. Seejärel tippige käsureale "$$$" ja vajutage "Saada". See käivitab komponendis „käsurežiimi” ja põhjustab LED -i kiire punase tooni vilkumise. Lisaks saadab komponent jadamonitorile tagasi teate “CMD”.

Enne seadistamisega jätkamist lülitage seeriamonitori rippmenüü seaded uuesti sisse, et lugeda „Newline” ja „9600 baud”. Saada käsud "D" ja "E" jadamonitorile, et kuvada komponentide seaded, sealhulgas tehase nimi. Mobiiltelefoniga sidumiseks avage Bluetooth -seaded, valige Bluetooth -mooduli eesnimi (ECEbluesmirf esitatud näite puhul). Pärast seda valikut saatke Bluetooth -toega seadmete otsimiseks käsk I. Esimest numbrit kasutatakse kahe seadme sünkroonimiseks, saates "C, esimene number". Kui see on lõpule viidud, muutub Bluetoothi LED roheliseks.

14. samm: ühendage süsteem mobiilirakendusega - Androidi kasutajad

Anduriandmetele juurdepääsu saamiseks Androidis laadige Google Play poest alla mobiilirakendus "Arduino Bluetooth Data". Avage mobiilirakendus ja puudutage ühenduse loomiseks kasutajaliideses Bluetooth -mooduli nime. Kui küsitakse, valige rakendus vastuvõtjaks. Kuvatakse anduri andmeid kuvav liides ja moodul sisaldab ühtlast rohelist LED -i. Pärast lõpetamist laadige lisatud kood üles, et aktiveerida andurid ja hankida keskkonnaohu andmed. Andurite nimesid saab värskendada, et need sobiksid kasutatavate anduritega, nagu ülaltoodud ekraanipildi saamiseks valmis.

Samm: looge andurisüsteemi kinnitamiseks tugiklambrid

Andurisüsteemi kokkupanek nõuab DJI Phantom 4 drooni külge kinnitamiseks kahte pehmet terasest riidepuu rihma ja 3M kahepoolset kleeplinti. Esimene samm on pehmete terasest riidepuude rihmade painutamine ja vormimine drooni järgi. Selleks on vaja rihma esialgset kogupikkust 23 tolli. Lõika sellest varust abrasiivse teraga lauasae abil võrdsed rihmad. Seejärel lihvige otsad, et eemaldada hambad. Protsessi tulemus on näidatud ülaltoodud joonistel esimeses. Selle protsessi ajal soovite vältida lõikamist piki avatud pilusid, et vältida rihma otste nõrgenemist.

Järgmine samm nõuab rihmade painutamist, et need droonile sobiksid. Teraste painutamiseks ja rihma paigaldamiseks rööbaste põhja on soovitatav kasutada tangide paari. Tsentreerige rihmad drooni jala rööpadesse ja märkige rööpade jalgade serv. See on visuaalne koht, kus terasid painutada. Painutage rihmasid väikeste sammudega, kuni need ümber reelingute mässivad, vältides libisemist.

16. samm: ühendage süsteem drooniga kokku

Näidet andurisüsteemi kokkupanekust näidatakse pehmete terasest riidepuude rihmade ja kleeplindi abil. Nagu varem arutatud, olid pehmed terasest riidepuud rihmad painutatud ja asetatud drooni põhja, et luua platvorm komponentidele istumiseks. Kui see on lõpule viidud, kinnitage komponendid liimiga rihmade külge, et need oleksid kindlad, kuid ei segaks drooni normaalset tööd. Avara ruumi võimaldamiseks kasutatakse näites kahte riidepuu rihma, mis toetavad välist akut, mikrokontrollerit ja leivaplaati. Lisaks on andurid paigutatud drooni tagaosa poole.

Samm 17: Selle süsteemi kasutamine riskiriski hindamiseks

Selle süsteemi esitatud ohutasemete tõsiduse määramiseks tuleks viidata järgmistele standarditele. Roheline tähistab turvalist keskkonda kõigile huvipakkuvas piirkonnas viibijatele, lilla aga halvimat võimalikku keskkonna kontsentratsiooni, mis toob kaasa surmava mõju. Kasutatav värvisüsteem on tuletatud EPA õhukvaliteedi lipuprogrammist.

Vingugaas (OSHA)

• 0–50 PPM (roheline)
• 50-100 PPM (kollane)
• 100-150 PPM (oranž)
• 150-200 PPM (punane)
• > 200 PPM (lilla)

Vedelpropaangaas (NCBI)

• 0–10 000 PPM (roheline)
• 10 000–17 000 PPM (kollane)
• > 17 000 PPM (punane)

Süsinikdioksiid (Global CCS Institute)

• 0–20, 00 PPM (roheline)
• 20 000–50 000 PPM (kollane)
• 50 000–100 000 PPM (oranž)
• 100 000–150 000 PPM (punane)
• > 150 000 PPM (lilla)

Samm: kasutage süsteemi mõõdetud andmete kogumiseks

Nüüd, kui lõplik kokkupanek on lõpetatud, on süsteem tööks valmis. Kuna kood, mis on vajalik mikrokontrolleri andurisüsteemi juhtimiseks, on juba üles laaditud, saab mikrokontrolleri arvuti asemel andmete edastamiseks ühendada mobiilse akuga. Süsteem on nüüd keskkonnaohu hindamise rakendustes kasutamiseks valmis!