Автоматизированная система мониторинга речной воды: 14 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Эта инструкция используется для документирования разработки автоматизированной системы мониторинга речной воды. Контролируемые параметры - это уровень воды и температура воды. Целью этого проекта была разработка недорогого и независимого регистратора, подключенного к базе данных. Уровень воды контролируется специальным QR-уровнем. Камера в Pi делает снимок каждые 15 минут. QR-коды на этом изображении декодируются программным обеспечением и указывают на фактический уровень воды. Температура воды измеряется датчиком DS18B20.

Запасы

1. Малиновый ноль WH
2. WittyPi Mini
3. Модуль камеры Raspberry Pi v2.1
4. Huawei E3531 SurfStick
5. SIM-карта (ThingsMobile)
6. Понижающий понижающий преобразователь постоянного тока постоянного тока
7. Цифровой термометр DS18B20
8. Кабель OTG micro USB
9. Конец кабеля micro USB
10. Оконное стекло
11. Герметичный корпус (G258)
12. Кабельная арматура
13. Винтовой клеммный блок 3-контактный
14. Резистор 4,7кОм
15. Заглушка платы 65x30 мм
16. 40-контактный разъем для разбивки
17. 4 винта M3x20
18. 8 винтов M3
19. Телефонный кабель
20. Акустический кабель

Шаг 1: Пайка температурного модуля

На этом этапе мы создаем температурный модуль с нуля. Он имеет размер pHAT и может быть подключен к 40-контактному разъему GPIO Pi. Этот метод позволяет нам надежно установить датчик DS18B20 на Raspberry Pi.

1. Во-первых, нам нужно припаять 40-контактный разъем к пустой печатной плате размером 60x35 мм.
2. Поместите винтовой клеммный блок и резистор на место, как показано на рисунке.
3. Подключите резистор к внешним контактам клеммной колодки.
4. Припаяйте резистор и контакты вместе
5. Припаяйте кабели (черный, красный и желтый) к точным контактам разъема для разметки и к контактам клеммной колодки.
6. Чтобы просверлить монтажные отверстия, сначала установите модуль на Raspberry Pi zero, а затем просверлите сверлом 3 мм существующие отверстия Raspberry Pi в новом модуле.
7. Наконец, вы можете подключить датчик DS18B20 к модулю, подключив кабели датчика к соответствующим цветам на плате.

Шаг 2: создание кабеля преобразователя постоянного тока постоянного тока

Для питания нашего Raspberry Pi нам нужно преобразовать 12 В, которые мы получаем от батареи, в 5 В. Мы используем понижающий преобразователь постоянного тока для снижения напряжения.

1. Припаяйте черный провод кабеля динамика к порту с надписью GND.
2. Припаяйте красный провод к порту с надписью IN +.
3. Припаяйте черный провод кабеля micro-USB к порту с надписью GND.
4. Припаяйте красный провод кабеля micro-USB к порту с надписью OUT +.
5. Разрез цепи, отмеченный красной стрелкой на изображении
6. Приварите контактные площадки вместе, чтобы получить фиксированный выход 5 В (синяя стрелка).

Шаг 3: Установка Surfstick

Чтобы установить подключение к Интернету, нам нужно подключить нашу карту для серфинга к Raspberry Pi. Сначала нам нужно сделать некоторые настройки:

1. Вставьте SIM-карту от мобильного провайдера по вашему выбору в свою карту для серфинга. В этом примере мы используем SIM-карту от Things Mobile.
2. Подключите флешку для серфинга к компьютеру через USB.
3. В вашем браузере должно появиться окно.
4. В разделе «Настройки»> «Управление профилями» измените APN на APN вашего мобильного оператора. Для Things Mobile это «TM».
5. Включите функцию роуминга в разделе «Настройки»> «Мобильное соединение» и «Включить» Мобильные данные.
6. Щелкните Применить.
7. На домашней странице вы можете проверить, установлено ли соединение.
8. Теперь все готово, отсоедините палку для серфинга.
9. Флешку для серфинга можно подключить к Raspberry без каких-либо дополнительных настроек.

Шаг 4: Создайте базу данных PostgreSQL

На этом этапе мы настраиваем нашу базу данных. Мы пользуемся предложением уровня бесплатного пользования от Amazon Web Services.

1. Сначала создайте бесплатную учетную запись на AWS:
2. Следуйте этому руководству, чтобы создать базу данных PostgreSQL и узнать, как подключиться к ней:

Шаг 5: Подготовка SD-карты

Для начала нужно скачать образ Raspian Stretch Lite:

Загрузки Raspberry Pi

Теперь нам нужно прошить образ на пустую SD-карту (не менее 16 ГБ). Вставьте SD-карту в устройство чтения SD-карт. Загрузите Balena Etcher и установите его на свой компьютер:

www.balena.io/etcher/

Откройте Balena Etcher, выберите файл.zip с ранее загруженным изображением Raspian. Выберите вашу SD-карту в Select Drive. Щелкните Flash!

Шаг 6: Установка Raspberry и подключение к ней через SSH

Прежде чем мы сможем использовать Raspberry Pi, нам нужно выполнить некоторые начальные настройки.

1. Вставьте SD-карту в Raspberry Pi и подключите ее к монитору, клавиатуре и мыши. (Если у вас нет дополнительного монитора, клавиатуры и мыши, вы можете выполнить установку без головы. Посмотрите, это было сделано раньше)
2. Следуйте инструкциям по настройке вашего Raspberry Pi [Wi-Fi, язык, часовой пояс]
3. Включите SSH через Терминал на себе PI: sudo raspi-configgo to: 5 Параметры интерфейса Включить SSH

4. На свой компьютер загрузите Termius. Эта программа упрощает подключение к Raspberry Pi через SSH.1. https://termius.com/2. Сделать учетную запись

   3. Создайте НОВЫЙ HOST4. Дайте Raspberry ярлык (выберите имя) 5. Введите IP-АДРЕС PI из СЕТИ, в которую он вошел (если вы не знаете IP-АДРЕС, вы можете найти его с помощью программы под названием «ADVANCED IP SCANNER») 7. Введите свое имя пользователя (по умолчанию «пи», если не изменено) 8. Введите свой пароль (по умолчанию - raspberry, если не изменен) 9. Нажмите «Сохранить» 10. Дважды щелкните по вашему новому созданному хосту 11. Появится сообщение -> нажмите «Да»

Ваш Raspberry должен быть подключен к вашему компьютеру через SSH

Шаг 7: Установка Регистратора

1. Включите камеру в параметрах интерфейса: sudo raspi-configgo to: 5 параметров интерфейса Включите камеру.
2. Создайте новый каталог в вашем каталоге / home / pi cd / home / pisudo mkdir Desktop
3. Создайте новый файл python в каталоге Desktop cd Desktopsudo nano ctrl + ocall файл qrbooftemp.pyenterctrl + x
4. Установите пакет pyboof (numpy и py4j устанавливаются автоматически), это может занять до 40 минут. Sudo pip3 install pyboof == 0.33.1
5. Запустите обновление (если вы этого не сделаете, у вас могут возникнуть проблемы при установке пакетов позже) sudo apt-get updatesudo apt-get install libpq-dev
6. Установите postgreSQL и psycopg2 для взаимодействия с базой данных postgreSQL через Pythonsudo apt-get install postgresqlsudo pip3 install psycopg2

Шаг 8: Установка регистратора (температурного модуля)

Чтобы установить температурный модуль, вам необходимо установить модуль на Raspberry Pi с прикрепленным к нему датчиком DS18B20. Модуль подключается через 40-контактный разъем.

1. включить 1-Wire в параметрах интерфейса sudo raspi-configgo to: 5 параметров интерфейса Включить 1-проводную автоматическую перезагрузку
2. установить вывод 1-Wire на вывод 23 и gpu_mem = 256sudo nano /boot/config.txt добавить dtoverlay = w1-gpio, gpiopin = 23, pullup = on в конец файла; сменить gpu_mem = 128 на gpu_mem = 256
3. активировать 1-Wiresudo modprobe w1-gpiosudo modprobe w1-thermsudo reboot
4. узнайте свой адрес вашего DS18B20, он должен начинаться с 28-… cd / sys / bus / w1 / devices. запишите адрес, позже он понадобится в скрипте Python

Шаг 9: Загрузите и настройте скрипт Pyhton

1. Загрузите скрипт Python на свой компьютер и откройте его в текстовом редакторе
2. Скопируйте полный скрипт в буфер обмена (ctrl + a, ctrl + c)
3. Перейдите в ранее созданный файл python cd / home / pi / Desktopsudo nano qrbooftemp.py
4. Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы вставить скрипт
5. Измените адрес датчика температуры на тот, который вы записали ранее
6. Измените настройку подключения postgresql на вашу конкретную информацию, как указано в скрипте
7. Сохранить и выйти, Ctrl + oenterctrl + x

Шаг 10: Установка модуля WittyPi

1. Загрузите установочный файл с Witty Pi wget
2. Запустите установочный скрипт sudo sh installWittyPi.sh
3. Перезагрузка sudo reboot

Шаг 11. Внесите некоторые изменения в настройку виртуальной машины Java

Этот шаг необходим, чтобы убедиться, что JVM запустится при выполнении скрипта python.

1. Перейдите в каталог py4j и откройте jawa_gateway.py cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/py4jsudo nano jawa_gateway.pyset DEFAULT_CALLBACK_SERVER_ACCEPT_TIMEOUT = 20
2. Перейдите в каталог pyboof и откройте _init _. Pycd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/pyboofsudo nano _init _. Pyset, а time.time () - start_time <20.0

Шаг 12: установите задание Cron

На этом этапе мы устанавливаем задание cron при загрузке Raspberry. Таким образом, каждый раз, когда Pi просыпается, запускается наш скрипт python.

1. Установите cronjob и запишите его в файл журнала. Это делает устранение неполадок более эффективным. Crontab -e @ reboot sleep 20 && sudo python3 /home/pi/Desktop/qrbooftemp.py >> /home/pi/Desktop/log.txt
2. Добавьте другую строку в crontab. Эта строка гарантирует, что, когда WittyPi выйдет из строя, Raspberry Pi все равно перезагрузится. @ Reboot sleep 1500 && sudo rebootctrl + oenterctrl + x

Шаг 13: Собираем все вместе

1. Убедитесь, что ваш Pi выключен, если нет, выключите его до отключения -h сейчас
2. Установите свой WittyPi на свой Raspberry Pi и установите температурный модуль поверх него.
3. Скрутите 3 модуля вместе
4. Присоедините модуль камеры к порту CSI raspberry pi zero
5. Подключите свою палку для серфинга к Raspberry Pi с помощью кабеля USB OTG.
6. Подключите кабель питания к WittyPi (не к Raspberry Pi!)
7. Поместите все это в кожух и закрутите крышку.
8. Подключите кабель питания к аккумулятору.
9. Поздравляем, ваш регистратор должен работать!

Шаг 14: Окончательная установка

На этих фотографиях показан смонтированный логгер с установленным уровнем воды с QR-кодом.

Регистраторы были установлены под мостом для достижения оптимальных результатов. Следует избегать попадания прямых солнечных лучей.