Membangun Jaringan Sensor untuk Gristmill Abad ke-18
Pemantauan 100 tahun proses pabrik lama memang sulit, tetapi menjadi lebih mudah, lebih aman, dan lebih andal dengan Jaringan pemancar RF nRF24L01.
Cerita
Proses pabrik modern sangat bergantung pada teknologi digital untuk memantau berbagai bagian fasilitas. Dengan teknologi digital, pabrik menjadi lebih aman, lebih produktif, dan lebih mudah dioperasikan. Teknologi ini diterima begitu saja yang menjadi jelas ketika Anda mengunjungi pabrik yang lebih tua dan lebih tua. Saya bekerja di pabrik gandum abad ke-18 di mana listrik jarang digunakan. Belt dan puli datar mentransmisikan daya dari poros saluran ke mesin, dan sebagian besar mesin kami terbuat dari kayu, dipotong dengan tangan dan dirakit pada awal 1900-an. Ketika saya diminta untuk mengembangkan jaringan sensor untuk memantau bagian-bagian berbeda dari proses pabrik pekerjaan saya, saya mengambil kesempatan untuk membawa tempat kerja saya ke abad ke-21.
Penggilingan dapat dianggap sebagai satu mesin besar dengan banyak proses yang lebih kecil terjadi secara bersamaan. Oleh karena itu, kami membutuhkan berbagai sensor yang dapat mengawasi proses ini dan memperingatkan kami ketika ada sesuatu yang tidak berfungsi sebagaimana mestinya. Sensor awal yang disertakan pada peluncuran proyek melakukan pengukuran di dalam tempat biji-bijian untuk mengetahui seberapa penuhnya, memantau output 0-10v dc dari pengontrol AC Tech SMVector, dan melakukan pembacaan suhu dan kelembaban di berbagai bagian bangunan. Sensor masa depan akan mencakup pengukur aliran cerat yang mengukur butiran yang mengalir melalui cerat, sakelar magnetik pada katup 2 arah yang merekam semburan biji-bijian yang bergerak, dan sensor suhu pada bantalan poros garis yang memberi tahu kami seberapa panas bantalan telah menjadi.
Dengan diperkenalkannya jaringan ini, kita dapat menghemat waktu dengan tidak berkeliling memeriksa proses secara visual di empat lantai gedung dan kita dapat menghitung bagian dari proses yang berbeda untuk memberi kita data untuk tujuan statistik .
Jaringan terdiri dari node standar, perangkat bertenaga Arduino yang terhubung ke sensor, node dasar, perangkat Arduino yang bertindak sebagai hub jaringan, dan Raspberry Pi, perangkat yang bertindak sebagai server dan penerjemah data.
The "Milling Deck" atau lantai pertama pabrik kami
Perangkat Keras
Modul nRF24L01 (RF24) adalah pemancar frekuensi radio yang mampu mengirim dan menerima data ke modul RF24 lainnya. Modul RF24 dapat dihubungkan ke Arduino Nano dengan mengikuti diagram pengkabelan di bawah ini.
Diagram pengkabelan untuk modul RF24 dan modul Arduino Nano
RF24 dapat diberi daya pada 5 volt tetapi disarankan agar Anda memberi daya pada 3,3 volt. Untuk memastikan modul RF24 tidak kehilangan daya secara sporadis, diperlukan kapasitor decoupling. Saya menggunakan kapasitor elektrolit 10 uF sedekat mungkin dengan pin daya dan ground modul RF (tidak ditunjukkan dalam diagram). Tanpa kapasitor ini, modul RF akan berkinerja buruk.
Setelah saya memahami modul RF24, saatnya membuat PCB yang dapat disesuaikan untuk memungkinkan sensor yang berbeda.
Desain yang saya gunakan untuk semua node jaringan saya
PCB yang saya rancang terdiri dari Arduino Nano, modul RF24, kapasitor elektrolit 10 uF, 2 LED indikator, dua resistor untuk LED, dan sebuah tempat untuk menempatkan konektor micro usb female untuk memberi daya pada node. Ketika sebuah node disatukan, akan terlihat seperti ini…
Papan rakitan tanpa simpul RF24 dan Arduino NanoA yang dirakit sepenuhnya
Setiap simpul kemudian dibungkus dalam wadah cetak 3D yang memudahkan pemasangan ke dinding dan permukaan.
Contoh Node dan Kasus
Karena masalah jangkauan, saya telah memodifikasi RF24 untuk menambahkan antena yang lebih panjang. Modifikasi antena meningkatkan jangkauan Modul RF24 stok dari jarak 5-10 kaki menjadi 20 atau 30 kaki. Untuk memodifikasi antena RF24, saya memotong sepotong kawat pengukur 18 yang kokoh menjadi sekitar 7 inci dan menyoldernya ke ujung jejak untuk antena RF24. PERINGATAN:Memperpanjang antena RF24 dapat menarik jejak yang sudah ada sebelumnya pada modul RF24 jika terlalu banyak tekanan diterapkan pada antena.
Persediaan RF24 dan antena Jejak RF24 pra-solder, sejajarkan antena, gunakan besi solderGunakan solder dalam jumlah banyak
Saya menempelkan gumpalan besar lem panas ke kedua sisi antena baru karena, selama eksperimen, Saya menemukan bahwa ini membantu memperkuat antena baru ke modul RF24.
Node dasar dan server Raspberry Pi
Untuk menyatukan sistem, setiap jaringan memerlukan node dasar tempat semua data diarahkan. Dalam proyek saya, saya menggunakan node yang terhubung ke Raspberry Pi melalui kabel serial. Node digunakan untuk mengirim dan menerima pesan jaringan dan RPI digunakan sebagai server pusat untuk merekam dan menafsirkan data (program server akan dijelaskan kemudian dalam proyek ini).
Node dan Kasus
Pemrograman Node dan Basis
Untuk proyek ini, saya secara eksklusif menggunakan library RF24Network (dibuat oleh Tmrh20) untuk menangani perpesanan RF24. Pustaka RF24Network memungkinkan Anda untuk menyusun jaringan node dalam struktur pohon. Alamat ditulis dalam format oktal. Setiap modul RF24 dapat bercabang menjadi tidak lebih dari 5 node dan alamat untuk sub node tersebut diikuti oleh alamat orang tua. Oleh karena itu, jika kita ingin menetapkan dua node berada di bawah Node 2, maka kita alamatkan satu node sebagai 012 (node pertama yang merupakan turunan dari node 2) dan node lainnya sebagai 022 (node ke-2 yang merupakan turunan dari node 2) .
Pengalamatan dilakukan dalam struktur pohon
Agar Anda dapat memahami sedikit lebih baik, berikut adalah tata letak dasar dari beberapa node yang terhubung di jaringan saya.
Struktur jaringan saya
Saya menggunakan node 01, 011, 0111, dan 01111 sebagai node repeater, yang berarti node tersebut terutama digunakan untuk mentransmisikan informasi dari node lebih jauh ke bawah struktur pohon. Node 03, 0211 dan 0311 semuanya adalah node sensor, artinya mereka memiliki sensor yang terhubung yang menghasilkan data yang perlu kita kirim kembali ke node 00.
Contoh repeater (ini adalah repeater lantai 2) Contoh lain dari repeater (ini adalah repeater lantai 3)
Program Node dan Sensor
Program Node berjalan pada node yang Anda buat. Ini adalah program yang bertindak sebagai titik akhir, di mana data dihasilkan dari sensor yang terpasang pada node. Saya telah menyediakan versi kode Node tanpa modifikasi sensor saya (dengan komentar untuk menjelaskan apa yang terjadi) tetapi saya juga menyertakan program yang saya tulis (sedikit berbeda dari kode node) untuk jaringan proyek saya.
Program Dasar
Program dasar adalah program yang Anda jalankan pada simpul dasar (dicatat sebagai simpul 00).
Hal yang perlu diperhatikan tentang program ini, saat Anda membuat struktur data untuk pesan Anda, struct C harus identik baik di program titik akhir maupun program dasar Anda.
Memasang Sensor ke Node
Jaringan diluncurkan dengan 3 jenis sensor, sensor untuk mengukur seberapa penuh wadah gandum, sensor untuk memantau output daya motor tertentu, dan sensor yang memberi kita pembacaan suhu dan kelembaban dari sekitar gedung.
Penginderaan Tempat Biji-bijian
Pengkabelan sensor ultrasonik
Untuk mengukur kedalaman tempat sampah, saya memasang sensor ultrasonik di bagian atas tempat biji-bijian sehingga sensor mengarah ke tempat sampah. Saya kemudian menyambungkan 3 sensor ultrasonik ke pin yang saya pasang di area protoboard node. Setiap pin gema disambungkan ke pin Arduino yang terpisah tetapi pin pemicu digunakan bersama untuk pemrograman yang lebih mudah.
Node penginderaan nampan (3 sensor ultrasonik untuk 3 nampan)Node lain dengan 3 sensor ultrasonik terpasangGambar sensor ultrasonik yang dipasang pada nampan
Penginderaan Suhu dan Kelembaban
Pengkabelan DHT11
DHT11 digunakan untuk mengukur suhu dan kelembapan di seluruh bangunan pabrik. Ini adalah informasi penting karena saat mengolah biji-bijian dan tepung, fluktuasi suhu dan kelembapan dapat memengaruhi seberapa halus tepung digiling.
Baca Selengkapnya Detail :Membangun Jaringan Sensor untuk Gristmill Abad ke-18
