ระบบตรวจสอบน้ำในแม่น้ำอัตโนมัติ: 14 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

Instrucatbale นี้ใช้เพื่อจัดทำเอกสารการพัฒนาระบบตรวจสอบน้ำในแม่น้ำแบบอัตโนมัติ พารามิเตอร์ที่ตรวจสอบคือระดับน้ำและอุณหภูมิของน้ำ เป้าหมายของโครงการนี้คือการพัฒนาตัวตัดไม้ต้นทุนต่ำและเป็นอิสระที่เชื่อมต่อกับฐานข้อมูล ระดับน้ำถูกตรวจสอบด้วยระดับ QR พิเศษ กล้อง Pi กำลังถ่ายภาพทุกๆ 15 นาที รหัส QR ในภาพนี้ถอดรหัสโดยซอฟต์แวร์และบ่งบอกถึงระดับน้ำจริง อุณหภูมิของน้ำวัดด้วยเซ็นเซอร์ DS18B20

เสบียง

1. ราสเบอร์รี่ซีโร่ WH
2. WittyPi Mini
3. โมดูลกล้อง Raspberry Pi v2.1
4. Huawei E3531 SurfStick
5. ซิมการ์ด (ThingsMobile)
6. DC DC Step Down Buck Converter
7. DS18B20 เครื่องวัดอุณหภูมิดิจิตอล
8. สาย OTG ไมโคร USB
9. ปลายสายไมโคร USB
10. กระจกหน้าต่าง
11. ตู้ปิดผนึก (G258)
12. ข้อต่อสาย
13. Srew Terminal Block 3-pin
14. ตัวต้านทาน 4,7kOhm
15. แผงวงจรเปล่า 65x30mm
16. ส่วนหัวปักหลัก 40 พิน
17. 4 x M3x20 สกรู
18. สกรู 8 xM3
19. สายโทรศัพท์
20. สายลำโพง

ขั้นตอนที่ 1: การบัดกรีโมดูลอุณหภูมิ

ในขั้นตอนนี้ เราสร้างโมดูลอุณหภูมิตั้งแต่เริ่มต้น มีขนาดเท่ากับ pHAT และสามารถเชื่อมต่อกับ GPIO 40 พินของ Pi ได้ วิธีนี้ช่วยให้เราติดตั้งเซ็นเซอร์ DS18B20 กับ Raspberry Pi ได้อย่างปลอดภัย

1. ขั้นแรก เราต้องประสานหัวปักหลัก 40 พินเข้ากับแผงวงจรเปล่าขนาด 60x35 มม.
2. ใส่ขั้วต่อสกรูและตัวต้านทานเข้าที่ตามที่แสดงในภาพ
3. ต่อตัวต้านทานเข้ากับพินด้านนอกของขั้วต่อเทอร์มินัล
4. ประสานตัวต้านทานและหมุดเข้าด้วยกัน
5. บัดกรีสายเคเบิล (สีดำ แดง และเหลือง) กับหมุดที่แน่นอนของส่วนหัวการปักหลักและกับหมุดของแผงขั้วต่อ
6. ในการเจาะรูยึด ก่อนอื่นให้ติดตั้งโมดูลกับ Raspberry Pi Zero ของคุณ จากนั้นเจาะด้วยดอกสว่านขนาด 3 มม. ผ่านรูที่มีอยู่จาก Raspberry Pi ของคุณไปยังโมดูลใหม่ของคุณ
7. สุดท้าย คุณสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ DS18B20 กับโมดูลของคุณโดยต่อสายเคเบิลของเซ็นเซอร์เข้ากับสีที่ตรงกันบนบอร์ดของคุณ

ขั้นตอนที่ 2: สร้างสายแปลง DCDC ของเรา

ในการจ่ายไฟให้กับ Raspberry Pi เราต้องแปลง 12V ที่เราได้รับจากแบตเตอรี่เป็น 5V เราใช้ตัวแปลงบั๊ก DC DC เพื่อลดแรงดันไฟฟ้า

1. บัดกรีสายสีดำจากสายลำโพงของคุณเข้ากับพอร์ตที่ระบุว่า GND
2. บัดกรีสายสีแดงเข้ากับพอร์ตที่มีป้ายกำกับ IN+
3. บัดกรีสายสีดำจากสาย micro-USB ของคุณเข้ากับพอร์ตที่ระบุว่า GND
4. บัดกรีสายสีแดงจากสาย micro-USB ของคุณเข้ากับพอร์ตที่มีป้ายกำกับ OUT+
5. ตัดวงจรที่มีลูกศรสีแดงในภาพ
6. เชื่อมแผ่นประสานเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้เอาต์พุตคงที่ 5V (ลูกศรสีน้ำเงิน)

ขั้นตอนที่ 3: ติดตั้ง Surfstick ของคุณ

ในการสร้างการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต เราต้องเชื่อมต่อเซิร์ฟสติ๊กกับ Raspberry Pi ขั้นแรกเราต้องทำการตั้งค่าบางอย่าง:

1. ใส่ซิมการ์ดจากผู้ให้บริการมือถือที่คุณเลือกลงในเซิร์ฟสติ๊ก ในตัวอย่างนี้ เราใช้ซิมจาก Things Mobile
2. เชื่อมต่อเซิร์ฟสติ๊กกับคอมพิวเตอร์ผ่าน USB
3. หน้าต่างควรปรากฏขึ้นในเบราว์เซอร์ของคุณ
4. ภายใต้ การตั้งค่า> การจัดการโปรไฟล์ เปลี่ยน APN เป็นผู้ให้บริการมือถือรายใดรายหนึ่งของคุณ For Things Mobile มันคือ "TM"
5. เปิดใช้งานคุณสมบัติการโรมมิ่งภายใต้การตั้งค่า > การเชื่อมต่อมือถือ และ 'เปิด' ข้อมูลมือถือ
6. คลิกสมัคร
7. ในโฮมเพจ คุณสามารถตรวจสอบว่ามีการสร้างการเชื่อมต่อหรือไม่
8. ตอนนี้คุณพร้อมแล้ว ถอดแท่งเซิร์ฟของคุณออก
9. เซิร์ฟสติ๊กสามารถเชื่อมต่อกับ Raspberry ของคุณโดยไม่ต้องตั้งค่าเพิ่มเติมใดๆ

ขั้นตอนที่ 4: สร้างฐานข้อมูล PostgreSQL

ในขั้นตอนนี้ เราตั้งค่าฐานข้อมูลของเรา เราใช้ข้อเสนอระดับฟรีจาก Amazon Web Services

1. ขั้นแรกให้สร้างบัญชีฟรีบน AWS:
2. ทำตามบทช่วยสอนนี้เพื่อสร้างฐานข้อมูล PostgreSQL ของคุณและเรียนรู้วิธีเชื่อมต่อ:

ขั้นตอนที่ 5: การเตรียมการ์ด SD

ก่อนอื่นคุณต้องดาวน์โหลดภาพ Raspian Stretch Lite:

ดาวน์โหลด Raspberry Pi

ตอนนี้เราต้องแฟลชภาพบนการ์ด SD เปล่า (อย่างน้อย 16 GB) ใส่การ์ด SD ลงในเครื่องอ่านการ์ด SD ของคุณ ดาวน์โหลด Balena Etcher และติดตั้งบนคอมพิวเตอร์ของคุณ:

www.balena.io/etcher/

เปิด Balena Etcher เลือกไฟล์.zip ของรูปภาพ Raspian ที่คุณดาวน์โหลดไว้ก่อนหน้านี้ เลือกการ์ด SD ของคุณใน Select Drive คลิกแฟลช!

ขั้นตอนที่ 6: การติดตั้ง Raspberry และเชื่อมต่อกับมันผ่าน SSH

ก่อนที่เราจะสามารถใช้ Raspberry Pi ได้ เราต้องตั้งค่าเริ่มต้นก่อน

1. ใส่การ์ด SD ลงใน Raspberry Pi แล้วเชื่อมต่อกับจอภาพ คีย์บอร์ด และเมาส์ (หากคุณไม่มีจอภาพ แป้นพิมพ์ และเมาส์เพิ่มเติม คุณสามารถทำการติดตั้งแบบไม่มีหัวได้ ดูว่ามันเคยทำมาแล้ว)
2. ทำตามขั้นตอนการตั้งค่า Raspberry Pi ของคุณ [wifi, ภาษา, เขตเวลา]
3. เปิดใช้งาน SSH ผ่าน Terminal บนคุณ PI:sudo raspi-configgo to: 5 Interfacing OptionsEnable SSH

4. บนคอมพิวเตอร์ของคุณ ดาวน์โหลด Termius โปรแกรมนี้ทำให้ง่ายต่อการเชื่อมต่อกับ Raspberry Pi ของเราผ่าน SSH.1 https://termius.com/2. สร้างบัญชี

   3. สร้าง HOST4 ใหม่ กำหนดป้ายกำกับให้กับ Raspberry ของคุณ (เลือกชื่อ) 5. ป้อน IP-ADRESSE ของ PI จากเครือข่ายที่เข้าสู่ระบบ (หากคุณไม่ทราบ IP-ADRESSE คุณสามารถค้นหาด้วยโปรแกรมชื่อ "ADVANCED IP SCANNER") 7. ป้อนชื่อผู้ใช้ของคุณ (โดยค่าเริ่มต้น pi หากไม่มีการเปลี่ยนแปลง) 8. ป้อนรหัสผ่านของคุณ (ค่าเริ่มต้นคือราสเบอร์รี่หากไม่เปลี่ยนแปลง) 9. คลิกบันทึก 10. ดับเบิลคลิกที่โฮสต์ที่สร้างขึ้นใหม่ 11. ข้อความปรากฏขึ้น -> คลิกใช่

Raspberry ของคุณควรเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ของคุณผ่าน SSH

ขั้นตอนที่ 7: การติดตั้ง Logger

1. เปิดใช้งานกล้องในตัวเลือกการเชื่อมต่อ: sudo raspi-configgo ไปที่: 5 ตัวเลือกการเชื่อมต่อเปิดใช้งาน Camerasudo รีบูต
2. สร้างไดเร็กทอรีใหม่ใน /home/pi directorycd /home/pisudo mkdir Desktop
3. สร้างไฟล์ python ใหม่ในไดเร็กทอรี Desktop cd Desktopsudo nano ctrl+ocall ไฟล์ qrbooftemp.pyenterctrl+x
4. ติดตั้งแพ็คเกจ pyboof (ติดตั้ง numpy และ py4j โดยอัตโนมัติ) ซึ่งอาจใช้เวลานานถึง 40 min.sudo pip3 ติดตั้ง pyboof==0.33.1
5. เรียกใช้การอัปเดต (หากคุณไม่ทำเช่นนี้ คุณอาจประสบปัญหาขณะติดตั้งแพ็คเกจในภายหลัง) sudo apt-get updatessudo apt-get install libpq-dev
6. ติดตั้ง postgreSQL และ psycopg2 เพื่อโต้ตอบกับฐานข้อมูล postgreSQL ผ่าน Pythonsudo apt-get ติดตั้ง postgresqlsudo pip3 ติดตั้ง psycopg2

ขั้นตอนที่ 8: การติดตั้ง Logger (โมดูลอุณหภูมิ)

ในการติดตั้งโมดูลอุณหภูมิ คุณต้องติดตั้งโมดูลบน Raspberry Pi ของคุณด้วยเซ็นเซอร์ DS18B20 ที่ต่ออยู่ โมดูลได้รับการติดตั้งผ่านส่วนหัว 40 พิน

1. เปิดใช้งาน 1-wire ในตัวเลือกการเชื่อมต่อsudo raspi-configgo ไปที่: 5 ตัวเลือกการเชื่อมต่อเปิดใช้งาน 1-Wiresudo รีบูต
2. ตั้งค่าพิน 1-Wire เป็นพิน 23 และ gpu_mem=256sudo nano /boot/config.txt ต่อท้าย dtoverlay=w1-gpio, gpiopin=23, pullup=on ที่ส่วนท้ายของ filechange gpu_mem=128 เป็น gpu_mem=256
3. เปิดใช้งาน 1-Wiresudo modprobe w1-gpiosudo modprobe w1-thermsudo รีบูต
4. ค้นหาที่อยู่ของ DS18B20 ของคุณ ซึ่งควรเริ่มต้นด้วย 28- …cd /sys/bus/w1/devicesls เขียนที่อยู่ลงไป ซึ่งจำเป็นต้องใช้ในภายหลังในสคริปต์ Python

ขั้นตอนที่ 9: ดาวน์โหลดและปรับ Pyhton Script

1. ดาวน์โหลดสคริปต์ Python บนคอมพิวเตอร์ของคุณและเปิดใน texteditorhttps://github.com/gremax93/QR-Code-Water-Level
2. คัดลอกสคริปต์ทั้งหมดไปยังคลิปบอร์ดของคุณ (ctrl+a, ctrl+c)
3. ไปที่ไฟล์หลามที่สร้างไว้ก่อนหน้านี้ /home/pi/Desktopsudo nano qrbooftemp.py
4. ทำการคลิกขวาเพื่อแทรกสคริปต์
5. เปลี่ยนที่อยู่เซ็นเซอร์อุณหภูมิเป็นที่อยู่ที่คุณจดไว้ก่อนหน้านี้
6. เปลี่ยนการตั้งค่าการเชื่อมต่อ postgresql เป็นข้อมูลเฉพาะของคุณ ตามที่ระบุไว้ในสคริปต์
7. บันทึกและ exitctrl+oenterctrl+x

ขั้นตอนที่ 10: การติดตั้งโมดูล WittyPi

1. ดาวน์โหลดไฟล์การติดตั้งจาก Witty Pi wget
2. เรียกใช้สคริปต์การติดตั้ง sudo sh installWittyPi.sh
3. รีบูต sudo รีบูต

ขั้นตอนที่ 11: ทำการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในการตั้งค่า Java Virtual Machine

ขั้นตอนนี้จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่า JVM จะเริ่มทำงานเมื่อมีการเรียกใช้สคริปต์ python

1. ไปที่ไดเร็กทอรี py4j และเปิด jawa_gateway.py cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/py4jsudo nano jawa_gateway.pyset DEFAULT_CALLBACK_SERVER_ACCEPT_TIMEOUT = 20
2. ไปที่ไดเร็กทอรี pyboof และเปิด _init_.pycd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/pyboofsudo nano _init_.pyset while time.time() - start_time < 20.0

ขั้นตอนที่ 12: ตั้งค่า Cron Job

ในขั้นตอนนี้เราตั้งค่า cronjob เมื่อบูทราสเบอร์รี่ ด้วยวิธีนี้ทุกครั้งที่ Pi ตื่นขึ้น สคริปต์ python ของเราจะถูกดำเนินการ

1. ตั้งค่า cronjob และเขียนลงในล็อกไฟล์ ทำให้การแก้ไขปัญหามีประสิทธิภาพมากขึ้น efficent.crontab -e@reboot sleep 20 && sudo python3 /home/pi/Desktop/qrbooftemp.py >> /home/pi/Desktop/log.txt
2. ต่อท้ายบรรทัดอื่นเพื่อ crontab บรรทัดนี้ทำให้แน่ใจว่าเมื่อ WittyPi ล้มเหลว Raspberry Pi จะรีบูตต่อไป@reboot sleep 1500 && sudo rebootctrl+oenterctrl+x

ขั้นตอนที่ 13: นำทุกอย่างมารวมกัน

1. ตรวจสอบให้แน่ใจว่า Pi ของคุณปิดอยู่ ถ้าไม่ ปิดมันลง sudo shutdown -h now
2. ซ้อน WittyPi ของคุณบน Raspberry Pi และโมดูลอุณหภูมิที่ด้านบน
3. ขันสกรู 3 โมดูลเข้าด้วยกัน
4. แนบโมดูลกล้องเข้ากับพอร์ต CSI ของ raspberry pi zero
5. ติดเซิร์ฟสติกของคุณกับ Raspberry Pi ผ่านสาย USB OTG
6. ต่อสายไฟเข้ากับ WittyPi (ไม่ใช่กับ Raspberry Pi!)
7. ใส่ทั้งหมดลงในปลอกแล้วปิดฝา
8. ต่อสายไฟเข้ากับแบตเตอรี่ของคุณ
9. ขอแสดงความยินดีคนตัดไม้ของคุณควรทำงาน!

ขั้นตอนที่ 14: การติดตั้งขั้นสุดท้าย

รูปภาพเหล่านี้แสดงเครื่องบันทึกที่ติดตั้งโดยติดตั้งระดับน้ำด้วยรหัส QR

ตัวตัดไม้ถูกติดตั้งไว้ใต้สะพานเพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ควรหลีกเลี่ยงแสงแดดโดยตรง