Automatizovaný systém monitorovania riečnej vody: 14 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Tento návod slúži na dokumentáciu vývoja automatizovaného systému monitorovania riečnej vody. Sledovanými parametrami sú hladina vody a teplota vody. Cieľom tohto projektu bolo vyvinúť nízkonákladový a nezávislý záznamník, ktorý je pripojený k databáze. Hladina vody je monitorovaná špeciálnou úrovňou QR. Kamera v zariadení Pi fotografuje každých 15 minút. QR kódy na tomto obrázku sú softvérovo dekódované a indikujú skutočnú hladinu vody. Teplota vody sa meria snímačom DS18B20.

Zásoby

1. Raspberry Zero WH
2. WittyPi Mini
3. Modul kamery Raspberry Pi v2.1
4. Huawei E3531 SurfStick
5. SIM karta (ThingsMobile)
6. DC DC Step Down Buck Converter
7. Digitálny teplomer DS18B20
8. OTG kábel micro USB
9. Koniec kábla micro USB
10. Okenné sklá
11. Zapečatená skriňa (G258)
12. Káblové kovanie
13. Zaskrutkujte svorkovnicu 3-pólovú
14. Rezistor 4, 7 kOhm
15. Prázdna doska plošných spojov 65 x 30 mm
16. 40-kolíková kolíková hlavička
17. 4 x skrutky M3x20
18. 8 skrutiek xM3
19. Telefónny kábel
20. Reproduktorový kábel

Krok 1: Spájkovanie teplotného modulu

V tomto kroku vytvoríme teplotný modul od začiatku. Má veľkosť pHAT a je možné ho pripojiť k 40-kolíkovému GPIO Pi. Táto metóda nám umožňuje bezpečne namontovať snímač DS18B20 na Raspberry Pi.

1. Najprv musíme spájkovať 40-kolíkový kolíkový konektor na prázdnu dosku s rozmermi 60 x 35 mm.
2. Zaskrutkujte svorkovnicu a odpor na miesto, ako je znázornené na obrázku
3. Pripojte odpor k vonkajším kolíkom svorkovnice
4. Spájajte odpor a kolíky dohromady
5. Káble (čierne, červené a žlté) spájkujte s presnými kolíkmi kolíkového konektora a s kolíkmi svorkovnice
6. Na vyvŕtanie montážnych otvorov najskôr namontujte modul na malinu pi nula a potom vŕtajte 3 mm vrtákom cez existujúce otvory z vášho Raspberry Pi do nového modulu.
7. Nakoniec môžete senzor DS18B20 pripojiť k svojmu modulu tak, že káble senzora pripojíte k zodpovedajúcim farbám na doske.

Krok 2: Zostavenie nášho kábla prevodníka DCDC

Na napájanie nášho Raspberry Pi musíme previesť 12 V, ktoré získavame z našej batérie, na 5 V. Na zníženie napätia používame DC DC buck prevodník.

1. Pripojte čierny drôt reproduktora k portu označenému GND
2. Pripojte červený vodič k portu označenému IN+
3. Zapájajte čierny vodič z kábla micro-USB do portu označeného GND
4. Pripojte červený vodič z kábla micro-USB k portu označenému OUT+
5. Rez obvodu označený červenou šípkou na obrázku
6. Zvárejte spojovacie doštičky spolu, aby ste získali pevný výstup 5 V (modrá šípka)

Krok 3: Inštalácia zariadenia Surfstick

Aby sme mohli vytvoriť internetové pripojenie, musíme k počítaču Raspberry Pi pripojiť surfovaciu palicu. Najprv musíme urobiť niekoľko konfigurácií:

1. Vložte kartu SIM od poskytovateľa mobilných služieb podľa vášho výberu do surfovacej tyče. V tomto prípade používame SIM kartu od Things Mobile.
2. Pripojte svoj surf stick k počítaču pomocou USB.
3. Vo vašom prehliadači by sa malo otvoriť okno.
4. V časti Nastavenia> Správa profilu zmeňte APN na svojho mobilného poskytovateľa. Pre Things Mobile je to „TM“.
5. Aktivujte funkciu roamingu v časti Nastavenia> Mobilné pripojenie a Mobilné dáta „Zapnúť“.
6. Kliknite na Použiť.
7. Na domovskej stránke môžete skontrolovať, či je nadviazané spojenie.
8. Teraz môžete ísť, odpojte surfovaciu palicu.
9. Surfovú tyčinku je možné pripojiť k vášmu Raspberry bez ďalších konfigurácií.

Krok 4: Vytvorte databázu PostgreSQL

V tomto kroku nastavíme našu databázu. Využívame ponuku bezplatných služieb Amazon Web Services.

1. Najprv si vytvorte bezplatný účet na AWS:
2. Podľa tohto tutoriálu si vytvorte databázu PostgreSQL a naučte sa, ako sa k nej pripojiť:

Krok 5: Príprava karty SD

Najprv si musíte stiahnuť obrázok Raspian Stretch Lite:

Raspberry Pi na stiahnutie

Teraz musíme flashovať obrázok na prázdnu kartu SD (najmenej 16 GB). Vložte kartu SD do čítačky kariet SD. Stiahnite si Balena Etcher a nainštalujte ho do počítača:

www.balena.io/etcher/

Otvorte Balena Etcher, vyberte súbor.zip vášho obrázku Raspian, ktorý ste si predtým stiahli. Vyberte svoju SD kartu v Vyberte disk. Kliknite na Flash!

Krok 6: Inštalácia maliny a pripojenie k nej prostredníctvom SSH

Predtým, ako budeme môcť používať náš Raspberry Pi, musíme vykonať niekoľko počiatočných nastavení.

1. Vložte svoju SD kartu do Raspberry Pi a pripojte ju k monitoru, klávesnici a myši. (Ak nemáte ďalší monitor, klávesnicu a myš, môžete vykonať bezhlavú inštaláciu. Vyhľadajte to, bolo to urobené predtým)
2. Postupujte podľa pokynov na nastavenie vášho Raspberry Pi [wifi, jazyk, časové pásmo]
3. Povoliť SSH prostredníctvom terminálu na vašom PI: sudo raspi-config prejsť na: 5 možností rozhrania Povoliť SSH

4. Do počítača si stiahnite Termius. Tento program uľahčuje pripojenie k nášmu Raspberry Pi prostredníctvom SSH.1. https://termius.com/2. Vytvorte si účet

   3. Vytvorte NOVÝ HOST4. Pomenujte svoj Raspberry (zvoľte názov) 5. Zadajte IP-ADRESSE vášho PI zo SIETE, do ktorej je prihlásený (ak nepoznáte IP-ADRESSE, môžete ho vyhľadať pomocou programu s názvom „ADVANCED IP SCANNER“) 7. Zadajte svoje používateľské meno (v predvolenom nastavení pi, ak sa nezmení) 8. Zadajte heslo (v predvolenom nastavení malina, ak sa nezmení) 9. Kliknite na položku uložiť 10. Dvakrát kliknite na svojho nového vytvoreného hostiteľa 11. Zobrazí sa správa -> kliknite na tlačidlo áno

Váš Raspberry by mal byť pripojený k vášmu počítaču pomocou SSH

Krok 7: Inštalácia zapisovača

1. Povoliť kameru v možnostiach rozhrania: sudo raspi-config prejsť na: 5 možností rozhrania Povoliť reštartovanie fotoaparátu
2. Vytvorte nový adresár na ploche /home /pi directorycd /home /pisudo mkdir Desktop
3. Vytvorte nový súbor pythonu v adresári Desktop cd Desktopsudo nano ctrl+ocall súbor qrbooftemp.pyenterctrl+x
4. Inštalácia balíka pyboof (automaticky sa nainštaluje numpy a py4j) to môže trvať až 40 minút. Inštalácia sudo pip3 pyboof == 0.33.1
5. Spustite aktualizáciu (ak to neurobíte, môžete mať problémy s inštaláciou balíkov neskôr) sudo apt-get updatesudo apt-get install libpq-dev
6. Nainštalujte postgreSQL a psycopg2 na interakciu s databázou postgreSQL prostredníctvom Pythonsudo apt-get install postgresqlsudo pip3 install psycopg2

Krok 8: Inštalácia záznamníka (teplotného modulu)

Ak chcete nainštalovať teplotný modul, musíte naň namontovať modul Raspberry Pi so snímačom DS18B20. Modul sa montuje pomocou 40-kolíkového konektora.

1. povoliť 1-vodič v možnostiach rozhrania sudo raspi-config prejsť na: 5 možností rozhrania Povoliť 1-Wiresudo reštart
2. nastavte pin 1-Wire na pin 23 a gpu_mem = 256sudo nano /boot/config.txt pripojte dtoverlay = w1-gpio, gpiopin = 23, pullup = na koniec výmeny súborov gpu_mem = 128 až gpu_mem = 256
3. aktivovať 1-Wiresudo modprobe w1-gpiosudo modprobe w1-thermsudo reštart
4. zistite si svoju adresu vášho DS18B20, mala by začínať na 28-… cd/sys/bus/w1/devices napíšte adresu, neskôr bude potrebná v skripte Python

Krok 9: Stiahnite a upravte skript Pyhton

1. Stiahnite si skript Python do počítača a otvorte ho v textovom editore
2. Skopírujte celý skript do schránky (ctrl+a, ctrl+c)
3. Prejdite na predtým vytvorený súbor python cd/home/pi/Desktopsudo nano qrbooftemp.py
4. Skript vložte pravým tlačidlom myši
5. Zmeňte adresu snímača teploty na adresu, ktorú ste si predtým zapísali
6. Zmeňte nastavenie pripojenia postgresql na konkrétne informácie, ako je uvedené v skripte
7. Uložiť a ukončiťctrl+oenterctrl+x

Krok 10: Inštalácia modulu WittyPi

1. Stiahnite si inštalačný súbor z Witty Pi wget
2. Spustite inštalačný skript sudo sh installWittyPi.sh
3. Reštartujte sudo reštartujte

Krok 11: Vykonajte určité zmeny v nastavení virtuálneho počítača Java

Tento krok je potrebný na zabezpečenie toho, aby sa JVM spustil po spustení skriptu python.

1. Prejdite do adresára py4j a otvorte jawa_gateway.py cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/py4jsudo nano jawa_gateway.pyset DEFAULT_CALLBACK_SERVER_ACCEPT_TIMEOUT = 20
2. Prejdite do adresára pyboof a otvorte _init _. Pycd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/pyboofsudo nano _init _. Pyset while time.time () - start_time <20.0

Krok 12: Nastavte úlohu Cron

V tomto kroku nastavíme cronjob, keď sa spustí Raspberry. Takto sa zakaždým, keď sa Pi prebudí, spustí náš skript pythonu.

1. Nastavte cronjob a zapíšte ho do súboru denníka. O to účinnejšie je riešenie problémov.crontab -e@reboot sleep 20 && sudo python3 /home/pi/Desktop/qrbooftemp.py >> /home/pi/Desktop/log.txt
2. Pripojte k crontabu ďalší riadok. Tento riadok zaisťuje, že keď zlyhá WittyPi, Raspberry Pi sa napriek tomu reštartuje.@Reboot sleep 1500 && sudo rebootctrl+oenterctrl+x

Krok 13: Dajte to všetko dohromady

1. Uistite sa, že je váš Pi vypnutý, ak nie, vypnite ho vypnutímudo -h teraz
2. Uložte WittyPi na Raspberry Pi a teplotný modul na vrch.
3. Zaskrutkujte 3 moduly dohromady
4. Pripojte modul kamery k portu CSI maliny pi nula
5. Pripojte svoj surfstick k Raspberry Pi pomocou kábla USB OTG
6. Pripojte napájací kábel k WittyPi (nie k Raspberry Pi!)
7. Vložte všetko do puzdra a veko zaskrutkujte
8. Pripojte napájací kábel k batérii
9. Blahoželáme, váš záznamník by mal byť spustený!

Krok 14: Finálna inštalácia

Tieto obrázky zobrazujú namontovaný záznamník s nainštalovanou hladinou vody v kóde QR.

Na dosiahnutie optimálnych výsledkov boli drevorubače nainštalované pod most. Malo by sa zabrániť priamemu slnečnému žiareniu.