Automatizovaný systém monitorování říční vody: 14 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Tento návod slouží k dokumentaci vývoje automatizovaného systému monitorování říční vody. Sledovanými parametry jsou hladina vody a teplota vody. Cílem tohoto projektu bylo vyvinout levný a nezávislý záznamník, který je připojen k databázi. Hladina vody je monitorována speciální úrovní QR. Kamera v Pi pořizuje snímek každých 15 minut. QR kódy na tomto obrázku jsou softwarově dekódovány a indikují skutečnou hladinu vody. Teplota vody se měří senzorem 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. Digitální teploměr DS18B20
8. OTG kabel micro USB
9. Konec kabelu micro USB
10. Okenní sklo
11. Uzavřený kryt (G258)
12. Kabelové šroubení
13. Zašroubujte svorkovnici 3pólovou
14. Rezistor 4, 7 kOhm
15. Prázdná deska plošných spojů 65x30 mm
16. 40-pin staking-header
17. 4 x šrouby M3x20
18. 8 šroubů xM3
19. Telefonní kabel
20. Reproduktorový kabel

Krok 1: Pájení teplotního modulu

V tomto kroku vytvoříme teplotní modul od nuly. Má velikost pHAT a lze jej připojit ke 40pólovému GPIO Pi. Tato metoda nám umožňuje bezpečně připojit snímač DS18B20 k Raspberry Pi.

1. Nejprve musíme připájet 40pólovou kolíkovou lištu k prázdné desce s obvody 60x35 mm.
2. Umístěte šroubovou svorkovnici a odpor na místo, jak je znázorněno na obrázku
3. Připojte odpor k vnějším kolíkům svorkovnice
4. Pájejte odpor a piny dohromady
5. Připájejte kabely (černý, červený a žlutý) k přesným kolíkům vytyčovacího konektoru a ke kolíkům svorkovnice
6. Chcete -li vyvrtat montážní otvory, nejprve namontujte modul na malinu pi nula a poté vyvrtejte 3 mm vrták skrz stávající otvory z vašeho Raspberry Pi do nového modulu.
7. Nakonec můžete senzor DS18B20 připojit k modulu připojením kabelů senzoru k odpovídajícím barvám na desce.

Krok 2: Sestavení kabelu převodníku DCDC

K napájení našeho Raspberry Pi potřebujeme převést 12V, který získáváme z naší baterie, na 5V. Ke snížení napětí používáme DC DC buck převodník.

1. Zapojte černý vodič z reproduktorového kabelu do portu označeného GND
2. Zapojte červený vodič do portu označeného IN+
3. Zapojte černý vodič z kabelu micro-USB do portu označeného GND
4. Zapojte červený vodič z kabelu micro-USB do portu označeného OUT+
5. Řez obvodu označený červenou šipkou na obrázku
6. Svařte spojovací podložky k sobě a získejte pevný výstup 5 V (modrá šipka)

Krok 3: Instalace Surfstick

Abychom navázali připojení k internetu, musíme připojit náš surf stick k Raspberry Pi. Nejprve musíme provést několik konfigurací:

1. Vložte SIM kartu od poskytovatele mobilních služeb podle vašeho výběru do surfovací tyče. V tomto případě používáme SIM kartu od Things Mobile.
2. Připojte svůj surf stick k počítači přes USB.
3. Ve vašem prohlížeči by se mělo objevit okno.
4. V části Nastavení> Správa profilu změňte APN na svého mobilního operátora. Pro Things Mobile je to „TM“.
5. Povolte funkci roamingu v části Nastavení> Mobilní připojení a Zapnout mobilní data.
6. Klikněte na Použít.
7. Na domovské stránce můžete zkontrolovat, zda je navázáno připojení.
8. Nyní můžete vyrazit, odpojit surfovací tyč.
9. Surfovací tyč lze připojit k vaší Raspberry bez dalších konfigurací.

Krok 4: Vytvořte databázi PostgreSQL

V tomto kroku jsme nastavili naši databázi. Využíváme nabídku bezplatné úrovně od Amazon Web Services.

1. Nejprve si vytvořte bezplatný účet na AWS:
2. Pomocí tohoto tutoriálu vytvořte svou databázi PostgreSQL a zjistěte, jak se k ní připojit:

Krok 5: Příprava karty SD

Nejprve si musíte stáhnout obrázek Raspian Stretch Lite:

Stažení Raspberry Pi

Nyní musíme blikat obraz na prázdnou SD kartu (alespoň 16 GB). Vložte kartu SD do čtečky karet SD. Stáhněte si Balena Etcher a nainstalujte jej do počítače:

www.balena.io/etcher/

Otevřete Balena Etcher, vyberte soubor.zip vašeho obrázku Raspian, který jste si dříve stáhli. Vyberte svou SD kartu v Select Drive. Klikněte na Flash!

Krok 6: Instalace maliny a připojení k ní pomocí SSH

Než budeme moci náš Raspberry Pi používat, musíme provést několik počátečních nastavení.

1. Vložte kartu SD do svého Raspberry Pi a připojte ji k monitoru, klávesnici a myši. (Pokud nemáte další monitor, klávesnici a myš, můžete provést bezhlavou instalaci. Podívejte se, bylo to provedeno dříve)
2. Postupujte podle pokynů k nastavení vašeho Raspberry Pi [wifi, jazyk, časové pásmo]
3. Povolit SSH přes terminál na vás PI: sudo raspi-config Přejít na: 5 Možnosti rozhraní Povolit SSH

4. Stáhněte si Termius do počítače. Tento program usnadňuje připojení k našemu Raspberry Pi přes SSH.1. https://termius.com/2. Vytvořte si účet

   3. Vytvořte NOVÝ HOST4. Pojmenujte svůj Raspberry (zvolte Název) 5. Zadejte IP-ADRESSE vašeho PI ze SÍTĚ, do které je přihlášen (pokud IP-ADRESSE neznáte, můžete jej vyhledat pomocí programu s názvem „ADVANCED IP SCANNER“) 7. Zadejte své uživatelské jméno (ve výchozím nastavení pi, pokud se nezmění) 8. Zadejte heslo (ve výchozím nastavení malina, pokud se nezmění) 9. Klikněte na uložit 10. Dvakrát klikněte na nově vytvořeného hostitele 11. Zobrazí se zpráva -> klikněte na ano

Váš Raspberry by měl být připojen k vašemu počítači pomocí SSH

Krok 7: Instalace záznamníku

1. Povolte kameru v možnostech rozhraní: sudo raspi-config Přejít na: 5 Možnosti rozhraní Povolit restart kamery
2. Vytvořte nový adresář na ploše /home /pi directorycd /home /pisudo mkdir Desktop
3. Vytvořte nový soubor pythonu v adresáři Desktop cd Desktopsudo nano ctrl+ocall soubor qrbooftemp.pyenterctrl+x
4. Nainstalujte balíček pyboof (automaticky se nainstaluje numpy a py4j) to může trvat až 40 minut. Sudo pip3 install pyboof == 0.33.1
5. Spusťte aktualizaci (pokud to neuděláte, můžete mít problémy s instalací balíčků později) sudo apt-get updatesudo apt-get install libpq-dev
6. Nainstalujte postgreSQL a psycopg2 pro interakci s databází postgreSQL pomocí Pythonsudo apt-get install postgresqlsudo pip3 install psycopg2

Krok 8: Instalace záznamníku (teplotního modulu)

Chcete -li nainstalovat teplotní modul, musíte modul namontovat na Raspberry Pi se snímačem DS18B20. Modul je připojen přes 40pinový konektor.

1. povolit 1vodič v možnosti rozhraníSudo raspi-config Přejít na: 5 Možnosti rozhraní Povolit 1-Wiresudo restart
2. nastavte pin 1-Wire na pin 23 a gpu_mem = 256sudo nano /boot/config.txt připojte dtoverlay = w1-gpio, gpiopin = 23, pullup = na konec výměny souborů gpu_mem = 128 až gpu_mem = 256
3. aktivovat 1-Wiresudo modprobe w1-gpiosudo modprobe w1-thermsudo restart
4. zjistěte si adresu svého DS18B20, měla by začínat na 28-… cd/sys/bus/w1/devices adresu zapište, později je potřeba ve skriptu Pythonu

Krok 9: Stáhněte a upravte skript Pyhton

1. Stáhněte si skript Python do počítače a otevřete jej v textovém editoru
2. Zkopírujte celý skript do schránky (ctrl+a, ctrl+c)
3. Přejděte na svůj dříve vytvořený soubor pythoncd/home/pi/Desktopsudo nano qrbooftemp.py
4. Skript vložte pravým kliknutím
5. Změňte adresu snímače teploty na adresu, kterou jste si dříve zapsali
6. Změňte nastavení připojení postgresql na konkrétní informace, jak je uvedeno ve skriptu
7. Uložit a ukončitctrl+oenterctrl+x

Krok 10: Instalace modulu WittyPi

1. Stáhněte si instalační soubor z webu Witty Pi wget
2. Spusťte instalační skript sudo sh installWittyPi.sh
3. Restartujte sudo restart

Krok 11: Proveďte nějaké změny v nastavení Java Virtual Machine

Tento krok je nezbytný k zajištění toho, aby se JVM spustilo při spuštění skriptu pythonu.

1. Přejděte do adresáře py4j a otevřete soubor jawa_gateway.py cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/py4jsudo nano jawa_gateway.pyset DEFAULT_CALLBACK_SERVER_ACCEPT_TIMEOUT = 20
2. Přejděte do adresáře pyboof a otevřete _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, když se spustí Raspberry. Tímto způsobem se pokaždé, když se Pi probudí, spustí náš skript pythonu.

1. Nastavte cronjob a zapište jej do souboru protokolu. Díky tomu je řešení problémů efektivnější.crontab -e@reboot sleep 20 && sudo python3 /home/pi/Desktop/qrbooftemp.py >> /home/pi/Desktop/log.txt
2. Připojte k crontabu další řádek. Tento řádek zajišťuje, že když WittyPi selže, Raspberry Pi se stejně restartuje.@Reboot sleep 1500 && sudo rebootctrl+oenterctrl+x

Krok 13: Dát to všechno dohromady

1. Ujistěte se, že je váš Pi vypnutý, pokud ne, vypněte ho a vypněte -h hned
2. Umístěte WittyPi na Raspberry Pi a teplotní modul na něj.
3. Zašroubujte 3 moduly dohromady
4. Připojte modul kamery k portu CSI na Raspberry Pi Zero
5. Připojte svůj surfstick k Raspberry Pi pomocí kabelu USB OTG
6. Připojte napájecí kabel k WittyPi (ne k Raspberry Pi!)
7. Vložte vše do pouzdra a zašroubujte víko
8. Připojte napájecí kabel k baterii
9. Gratulujeme, váš záznamník by měl být spuštěn!

Krok 14: Konečná instalace

Tyto obrázky ukazují namontovaný záznamník s nainstalovanou vodní hladinou QR kódu.

Pro dosažení optimálních výsledků byly loggery instalovány pod most. Je třeba se vyhnout přímému slunečnímu světlu.