Pametna boja [povzetek]: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Vsi imamo radi morje. Kot kolektiv se vanj zgrinjamo za počitnice, za vodne športe ali za preživljanje. Toda obala je dinamično območje na milost in nemilost valov. Naraščajoča morska gladina grize plaže in močni ekstremni dogodki, kot so orkani, jih popolnoma uničijo. Da bi razumeli, kako jih rešiti, moramo razumeti sile, ki poganjajo njihovo spremembo.

Raziskave so drage, če pa bi lahko ustvarili poceni in učinkovite instrumente, bi lahko ustvarili več podatkov - kar bi na koncu izboljšalo razumevanje. To je bilo razmišljanje za naš projekt Smart Buoy. V tem povzetku vam ponujamo hiter pregled našega projekta in ga razčlenimo na zasnovo, znamko in predstavitev podatkov. Oh boja, tole ti bo všeč..!

Zaloge

Za popolno izdelavo pametne bove potrebujete veliko stvari. V ustrezni vadnici bomo razčlenili posebne materiale, potrebne za vsako stopnjo gradnje, vendar je tukaj celoten seznam:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Baterija (18650) - Amazon
• Sončne celice - Amazon
• Blokiranje diod - Amazon
• Krmilnik polnjenja - Amazon
• Ojačevalnik denarja - Amazon
• GPS modul - Amazon
• GY -86 (merilnik pospeška, žiroskop, barometer, kompas) - Amazon
• Senzor temperature vode - Amazon
• Modul za nadzor napajanja - Amazon
• Modul ure v realnem času - Amazon
• Radijski moduli - Amazon
• i^2c modul multiplekserja - Amazon
• 3D tiskalnik - Amazon
• PETG filament - Amazon
• Epoksid - Amazon
• Primer pršilne barve - Amazon
• Vrv - Amazon
• Plava - Amazon
• Lepilo - Amazon

Vse uporabljene kode najdete na

1. korak: Kaj počne?

Tipala na krovu pametne boje omogočajo merjenje: višine valov, obdobja valov, moči valov, temperature vode, temperature zraka, zračnega tlaka, napetosti, porabe toka in lokacije GPS.

V idealnem svetu bi meril tudi smer valov. Na podlagi meritev, ki jih je Bua opravil, smo bili zelo blizu iskanju rešitve, ki bi nam omogočila izračun smeri valov. Vendar se je izkazalo za precej zapleteno in je velik problem v dejanski raziskovalni skupnosti. Če je kdo tam, ki nam lahko pomaga in predlaga učinkovit način za merjenje smeri valov, nam to sporočite - radi bi razumeli, kako bi to lahko delovalo! Vsi podatki, ki jih zbira Buoy, se po radiu pošljejo na bazno postajo, ki je Raspberry Pi. Naredili smo armaturno ploščo za njihovo prikazovanje z uporabo Vue JS.

2. korak: Zgradba - ohišje boje

Ta bova je bila verjetno najtežja stvar, ki smo jo do zdaj natisnili. Upoštevati je bilo treba toliko stvari, saj bo v morju, izpostavljeno vremenskim vplivom in veliko sonca. O tem bomo več govorili kasneje v seriji Smart Booy.

Na kratko: natisnili smo skoraj votlo kroglo na dve polovici. Zgornja polovica ima reže za sončne celice in luknjo za prehod radijske antene. Spodnja polovica ima luknjo za temperaturni senzor in ročaj za pritrditev vrvi.

Po tiskanju Boje z nitjo PETG smo jo brusili, brizgali z nekaj polnila in nato nanesli nekaj plasti epoksida.

Ko je bila priprava lupine končana, smo vso elektroniko vstavili in nato s pištolo za lepilo zapečatili senzor temperature vode, radijske antene in sončne celice. Na koncu smo obe polovici zapečatili z lepilom/lepilom StixAll (super letalsko lepilo).

In potem smo upali, da je vodotesen …

Korak 3: Zgradite - Booy Electronics

Boa ima na krovu veliko senzorjev, o katerih se bomo podrobno pogovorili v ustrezni vadnici. Ker je to povzetek, bomo poskušali biti informativni, vendar kratki!

Booy napaja baterija 18650, ki jo polnijo štiri, 5V sončne celice. Vendar se nenehno napaja samo ura v realnem času. Booy uporablja izhodni zatič ure v realnem času za nadzor tranzistorja, ki omogoča vstop energije v preostali del sistema. Ko je sistem vklopljen, se začne z meritvami iz senzorjev - vključno z vrednostjo napetosti iz modula nadzornika napajanja. Vrednost, ki jo poda modul za nadzor porabe energije, določa, kako dolgo sistem spi pred naslednjim nizom odčitkov. Za ta čas je nastavljen alarm, nato pa se sistem sam izklopi!

Sam sistem je veliko senzorjev in radijski modul, povezan z Arduinom. Modul GY-86, RealTimeClock (RTC), modul Power Monitor in multipleksor I2C komunicirajo z Arduinom z uporabo I2C. Potrebovali smo multipleksor I2C, ker imata GY-86 in modul RTC, ki sva jih uporabljala, isti naslov. Modul multiplekserja vam omogoča komunikacijo brez dodatnih težav, čeprav je morda nekoliko pretirano.

Radijski modul komunicira prek SPI.

Prvotno smo imeli tudi modul kartice SD, vendar je zaradi velikosti knjižnice SD povzročil toliko preglavic, da smo se odločili, da ga ukinemo.

Oglejte si kodo. Verjetno imate nekaj vprašanj - verjetno tudi dolgotrajne dvome - in z veseljem jih bomo slišali. Poglobljene vaje vključujejo pojasnila kode, zato upajmo, da bodo nekoliko jasnejše!

Poskušali smo logično ločiti kodne datoteke in z njihovo uporabo vključiti glavno datoteko, kar se je zdelo zelo dobro.

4. korak: Zgradba - elektronika bazne postaje

Osnovna postaja je izdelana z uporabo Raspberry Pi Zero z priključenim radijskim modulom. Ohišje smo dobili s https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Super ste, najlepša hvala!

Ko imate kodo na Arduinu, je meritve na Raspberry Pi precej preprosto pridobiti tako, da zaženete kodo listen_to_radio.py.

5. korak: Nadzorna plošča

Če bi vam pokazali, kako smo naredili celoten pomišljaj, bi bilo malo kot Odiseja, ker je bil to precej dolg in zapleten projekt. Če kdo želi vedeti, kako nam je to uspelo, naj nam to sporoči - spletni razvijalec T3ch Flicks bi z veseljem naredil vadnico o tem!

Ko te datoteke postavite na Raspberry Pi, bi morali zagnati strežnik in si ogledati nadzorno ploščo s prihajajočimi podatki. Zaradi razvojnih razlogov in videti, kako bi izgledala armaturna plošča, če bi jo podali dobri, redni podatki, v strežnik smo dodali generator ponarejenih podatkov. Zaženite to, če želite videti, kako izgleda, ko imate več podatkov. To bomo podrobneje razložili tudi v kasnejši vadnici.

(Ne pozabite, da lahko vso kodo najdete na

6. korak: različica 2 ?? - Težave

Ta projekt absolutno ni popoln - radi ga obravnavamo bolj kot prototip/dokaz koncepta. Čeprav prototip deluje na temeljni ravni: lebdi, izvaja meritve in jih lahko prenaša, se je veliko naučeno in bi se spremenilo za drugo različico:

1. Največji problem, ki ga nismo mogli spremeniti, je bil, da smo ga po lepljenju zaprli. To je bil res malo previden in bi ga bilo mogoče zelo učinkovito rešiti z vrati USB, prekritimi z gumijastim tesnilom. To pa bi v proces hidroizolacije 3D tiskanja dodalo še eno plast zapletenosti!
2. Algoritmi, ki smo jih uporabili, še zdaleč niso bili popolni. Naše metode za določanje valovnih lastnosti so bile precej grobe in na koncu smo porabili veliko časa za branje matematike za združevanje podatkov senzorja z magnetometra, merilnika pospeška in žiroskopa. Če kdo to razume in je pripravljen pomagati, menimo, da bi lahko bile te meritve veliko natančnejše.
3. Nekateri senzorji so delovali nekoliko čudno. Senzor temperature vode je bil tisti, ki je izstopal še posebej drzno - na trenutke skoraj 10 stopinj od dejanske temperature. Razlog za to bi lahko bil le slab senzor ali pa ga je nekaj segrevalo …

7. korak: različica 2 ?? - Izboljšave

Arduino je bil dober, a kot smo že omenili, smo morali zaradi težav s pomnilnikom odpraviti modul kartice SD (ki naj bi bil varnostna kopija podatkov, če radijskih sporočil ni bilo mogoče poslati). Lahko bi ga spremenili v močnejši mikrokrmilnik, kot je Arduino Mega ali Teensy, ali pa samo uporabili drugo ničlo Raspberry Pi. Vendar bi to povečalo stroške in porabo energije.

Radijski modul, ki smo ga uporabili, ima omejen doseg nekaj kilometrov z neposredno vidljivostjo. Vendar bi v hipotetičnem svetu, kjer bi lahko po otoku postavili (zelo) številne boje, lahko oblikovali takšno mrežno mrežo. Obstaja toliko možnosti za prenos podatkov na dolge razdalje, vključno z lora, grsm. Če bi lahko uporabili enega od teh, bi bilo morda mogoče mrežno omrežje po otoku!

8. korak: Uporaba naše pametne boje za raziskave

Booy smo zgradili in lansirali v Grenadi, majhnem otoku na jugu Karibov. Ko smo bili tam zunaj, smo se pogovarjali z grnadsko vlado, ki je dejala, da bi bila pametna boja, kakršna smo ustvarili, v pomoč pri kvantitativnih meritvah značilnosti oceana. Avtomatizirane meritve bi zmanjšale nekaj človeškega napora in človeške napake ter zagotovile koristen kontekst za razumevanje spreminjajočih se obal. Vlada je tudi predlagala, da bi bilo merjenje vetra koristno tudi za njihove namene. Ne vem, kako bomo to obvladali, zato, če ima kdo kakšno idejo …

Pomembno opozorilo je, da čeprav je to res razburljiv čas za raziskovanje obale, zlasti s tehnologijo, je še dolga pot, preden se lahko v celoti sprejme.

Hvala, ker ste prebrali povzetek spletnega dnevnika o seriji Smart Buoy. Če še niste, si oglejte naš povzetek videoposnetka na YouTubu.

Prijavite se na naš poštni seznam!

1. del: Merjenje valov in temperature

2. del: Radio NRF24 GPS in kartica SD

3. del: Načrtovanje napajanja do boje

4. del: Uvajanje boje