WetRuler-Merjenje višine oceana: 8 korakov (s slikami)

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

Napoved je prišla zgodaj poleti, da bo območje na Aljaski, imenovano Prince William Sound, nepričakovano prizadelo cunami, ki ga je sprožilo globalno segrevanje. Znanstveniki, ki so odkrili, so pokazali na območje hitro umikajočega se ledu, ki je za seboj pustilo goro smeti, ki bi zdrsnila v fjord in sprožila 30 -metrski val, ki bi sčasoma prizadel mesto Whittier. To se je zgodilo že prej, med potresom leta 1964, ko je tresenje sprožilo več cunamijev v okoliških fjordih in opustošilo obalo, vključno z Whittierjem in Valdezom, z več smrtnimi žrtvami. Križarke, ki so bile že previdne pred virusom, so se odločile, da se ne bodo približale območju, USFS pa je ponudilo vračilo za vse najete kabine. Teden dni kasneje je opozorilo pred cunamijem zadelo vse naše mobilne telefone! Podvodni svetilnik je odkril val, povezan z majhnim potresom ob obali. Vsem regionalnim mestom je bilo rečeno, naj se evakuirajo, če so blizu vode. Nič ni prišlo. Kako merite te dogodke? Ta Navodila opisujejo izdelavo majhnih senzorjev, ki lahko merijo oceansko višino in pošiljajo podatke bodisi v sprejemnik LORA bodisi naravnost v GSM. Enote so kompaktne in se zdijo odporne na svoje okolje ter delujejo na sončno energijo. Tukaj sem jih preizkusil za doseganje ponovljivih višin plime, lahko pa jih uporabimo tudi za napovedi višine valov in cunamija.

1. korak: Zberite svoje materiale

Obstajata dve enoti za pošiljanje, ena vključuje prenos GSM (mobilnega telefona) in druga nalaganje LORA. Razmislite lahko tudi o povezavi s svetilnikom Sat, saj veliko od teh področij ni pokrito z mobilnim telefonom. Senzor v središču teh instrumentov je MS5803-14BA, njegovo uporabo in montažo v različnih scenarijih pa najdete na teh spletnih straneh: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… in http:/ /owhl.org. Drugi od teh prikazuje briljantno oblikovan daljinski sekač z lastno PCB po meri za dolgotrajno merjenje višine valov. Zdelo se je, da so senzorji odporni na vodo mesece do leto, odvisno od nastavitve.

1. MS5803-14BA-te lahko dobite pri DigiKeyju za 13 USD, vendar morate opraviti nekaj površinskega spajkanja ali pridobiti vnaprej pripravljeno ploščo za razbijanje od SparkFuna, vendar vam bo to povrnilo 60 USD. Če ga naredite sami, boste za spajkanje potrebovali majhno ploščo Adafruit in nekaj spajkalnega gela z nizko temperaturo (140F), ki se mi je zdel v pomoč. Projekt cavepearlproject ima odlično vadnico o tem, kako jih ročno spajkati-predlagam, da za Amazon kupite poceni postajo za predelavo pri Amazonu.

2. LILYGO 2 kos TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 USD to je za škatlo LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-to je odlična plošča. Odlično deluje s Hologram sim. Na žalost njihovega Arduino Sima kljub več poskusom ni uspelo pripraviti na delo z novo storitvijo. Če imate še vedno dostop do storitve 2GM, lahko uporabite nekaj cenejšega, vendar je to na Aljaski popolnoma propadlo.

4. Sončne celice Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY za svetlobne igrače Polnilec 133mm x 73mm 8 USD

5. Baterija 18650 4 USD

6. TP4056-polnilec 1 dolar

7. Vklopite/izklopite robustno kovinsko stikalo z zelenim LED obročem - 16 mm zeleno vklop/izklop 5 USD

8. Icstation 1S 3,7 V indikator napetosti litij -ionske baterije, 4 -delni modri LED zaslon 2 USD

9. Adafruit TPL5111 Time Power Breakout-briljantna majhna merilna naprava 6,00 USD

10. N -kanalni MOSFET - 30V / 60A 1,75 USD

11. Diferencialni modul za podaljšanje dolgih kablov I2C PCA9600 podjetja SandboxElectronics X2 (vsak po 18 USD) - v literaturi je omenjenih nekaj uspehov z dolgimi kabli za I2C, vendar pri dnevnih 25 -metrskih plimovanjih na Aljaski potrebujete dolge kable … oh ja, nekaj kabla. Uporabil sem veliko škatlo 23 g 4 zvitega kabla, primernega za zunanjo uporabo.

12. Adafruit BMP388 - Natančni barometrični tlak in višinomer 10 USD

2. korak: Zgradite senzorje

Senzorje je treba površinsko spajkati na majhne tiskane vezje. Dva predhodna dela vam dajeta nekaj namigov o tem, kako to storiti. Senzorje in drobne plošče sem kupil pri Digikeyju. Uporabite spajkalnik z nizko temperaturo iz podjetja Adafruit in ga položite na noge senzorja, ko ga položite na ploščo. Za pretopitev uporabite prepihovalnik. To mi ni uspelo z nastavitvijo ročnega spajkanja in na koncu sem skrajšal nekatere blazinice. Preostanek ožičenja, če pravilno preverite svoje vodi, je enostaven-postavite majhen kondenzator (0,1 n) med napajalne in ozemljitvene kable ter dvignite vodila CS in PSB Hi, da sprožite I2C in nadzirate naslov senzorja. (Glej risbo) Na voljo sta dve možnosti 0 X 76 Hi in 0 X 77 za Lo. Oboje sem uporabil za oblikovanje senzorske palice s senzorji, postavljenimi eno nogo narazen, da sem določil razliko tlaka glede na vaše meritve. Za senzor sem oblikoval 3D natisnjeno ohišje, ki omogoča popolno kapsuliranje v čisti epoksi. Odprtina stožčastega nosilca se popolnoma prilega drobnemu nerjavnemu vratu senzorja, zapečatena postavitev pa je izvedena z drobnim obročem superlepila, ki ga drži v položaju in tesni za epoksi kapsuliranje.

3. korak: 3D tiskanje vašega stanovanja

Dva glavna ohišja za GSM in Lora sta enaka s stranskimi vložki za sončne celice. Edini način za Loro je bila antenska luknja na vrhu, ki jo je treba izvrtati, odvisno od premera vaše enote. GSM antena se prilega drugi škatli. Nadzorna plošča v vsaki je enaka z luknjami za vklop/izklop in gumbom za vklop zaslona za napolnjenost baterije. Noge so natisnjene ločeno in super lepljene na ohišja na vogalih ter ponujajo različne možnosti montaže. Majhna kupola in pokrovček z vijakom sta zlepljena okoli odprtine za nosilec microUSB, da ga zaščitita pred vdorom vode. Enota je v bistvu zelo vodoodporna in natisnjena v PETG, da se čim bolj zmanjša izkrivljanje toplote. Za ohišje 3 mm sem v glavnem ohišju uporabil medeninaste vijake za toploto. Obstajajo datoteke za dva nosilca za senzorje-eden ima dva senzorja, nameščena narazen na palici iz lucitne plastike z nosilcem za "ojačevalno" škatlo I2C z vezjem, ki je na notranji strani nameščeno s epoksi. Ta palica ima tudi dve 3D natisnjeni luknji za namestitev možnosti montaže. Drugo ohišje senzorja je en sam pak z enim od senzorjev, privit vanj in zadaj izrez za "ojačevalnik" I2C, epoksiran vanj. Vse to je natisnjeno v PETG. Preostale datoteke so majhno ohišje sprejemne enote Lora z majhnim oknom za OLED.

4. korak: Povežite ga

Tipala so ožičena vzporedno s linijami SDA, linijami SCL, Pos in Gnd, ki so združeni v en zvit kabel s štirimi vodniki. Ojačevalniki I2C so zelo enostavni za uporabo-pritrditev obeh senzorjev na vhodne linije in vmesni dolgi kabel do 60 metrov, pritrjen na isto vrsto sprejemne enote. Če greste dlje, boste morda morali zamenjati vlečne upore na ploščah. Sheme ožičenja za ostale so zgoraj. Vezje deluje tako, da stikalo za vklop/izklop pošilja napajanje Adafruit TPL5111, ki je nastavljen na 57 ohmov, da vsakih 10 minut vklopi možnost Omogoči visoko-to lahko seveda prilagodite za manjšo ali večjo frekvenco prenosa podatkov. Ta krmili MOSFET na tleh glavne plošče (Lora ali Arduino 400 GSM). (Ugotovil sem, da imajo plošče, kot sta GSM in ESP32, preveliko porabo energije za TPL, razen če z njimi uporabljate MOSFET …) Napajanje senzorjev in BMP388 prihaja iz glavne plošče, ko je vklopljena: 3V. Vlečni upori so na ojačevalnikih I2C in jih ne potrebujete za senzorje v tem vezju. Polnilna plošča TP4056 odlično deluje z dvema sončnima kolektorjema in priključeno baterijo 18650. Gumb samo poveže izhod baterije z majhnim zaslonom za napolnjenost baterije. Dva senzorja, pritrjena na lucitno palico, uporabljata dva razpoložljiva naslova, vključno z naslovom BMP388 (0 X 77), zato morate BMP s SPI priključiti na glavne plošče, če uporabljate dva senzorja tlaka vode. Če uporabljate samo enega (plošček), ga lahko povežete z I2C in uporabite preostali razpoložljivi naslov (0 X 77) za BMP.

5. korak: Zgradite ga

Uporabil sem perf deske, da sem vse posmehoval. Glavna plošča TPL, BMP je šla na eno ploščo. Stikala so bila pritrjena z gumijastimi vložki. Polnilna plošča je pritrjena na nosilcu nadzorne plošče z microUSB navzven. Zaščitna kupola za vodo je bila spredaj super lepljena, pokrovček vijaka pa je bil zatesnjen z nekaj silikonske masti na navojih. Lucitna palica je bila izrezana iz dveh plasti 1/4 plastike s senzorji, nameščenima točno eno nogo narazen. Nosilci lukenj s 3D tiskanjem so bili nameščeni na koncih, ojačevalnik I2C pa je bil privit na sredino, kjer so bile izvedene vse žične povezave. Senzor packa je bil 3D natisnjen, ojačevalnik pa v notranjosti epoksiran in povezan z enim senzorjem. Na vrhu enote Lora je bila izvrtana luknja za namestitev antene, na zadnji strani vsake enote pa so bile nameščene luknje za namestitev žice iz senzorjev. Zagotovljeno je 3D tiskanje zadrževanja žice. Po super lepljenju žico nanjo privežite žico. Vse žične povezave so skrčene z morsko toploto in nato pobarvane s tekočim električnim trakom za varnost vode.

6. korak: Programirajte ga

Program res ni veliko. V veliki meri se zanaša na knjižnice, ki so na voljo za senzorje-ki delujejo odlično, in čudež programske opreme GSM Blynk za ploščo Arduino, ki se odlično ujema z oblakom hologramov. Prijavite se za račun Hologram in od njih pridobite kartico SIM, ki jo postavite na svojo ploščo Arduino 400 GSM. Proces rokovanja vodi knjižnica Blynk-GSM Arduino. Adafruit je knjižnico napisal za BMP, knjižnico SparkFun pa za MS5803. Oba, če želite, dovajata izhodne temperature iz vaših senzorjev. S programsko nastavljenimi zatiči lahko uporabljate skoraj vse na glavni plošči. Uporabil sem časovni program Blynk, da ne bi pomotoma preobremenil aplikacije Blynk. Seveda morate biti previdni pri količini podatkov, ki jih posredujete prek povezave GSM-Hologram, ali pa lahko znesete majhen račun-ne preveč-porabil je približno 3 MB na teden, kar znaša približno 40 centov. Nalagal sem samo tri meritve tlaka - 2 iz podvodne vode in eno iz ohišja (BMP). Zadnji del programa je izklop TPL -ja tako, da na HI dvignete končani pin na enoti, ki pravi, da so bili podatki preneseni. Aplikacija Blynk je kot vedno čudovita in lahko oblikujete poljuben izhodni zaslon, najboljši del pa je možnost, da svoj podatkovni kup naložite po e -pošti, kadar koli želite.

Enota Lora uporablja iste knjižnice in uporablja enoto OLED (to sem izklopil v programski opremi oddajne enote za varčevanje z energijo) in nastavi frekvenco za vašo določeno lokacijo. Nato sestavi podatkovni niz z ločevalniki, ki mu omogočajo, da v enem posnetku pošlje odčitke senzorja. Nato aktivira svoj končani pin, da se izklopi. Sprejemna enota zlomi besedo in podatke pošlje aplikaciji Blynk prek povezave WIFI, ki je vedno na voljo. Sprejemnik je neverjetno majhen in se vtakne v stensko bradavico.

7. korak: Uporabite ga

Majhna sprednja stran senzorja z visoko stopnjo natančnosti pobere vse sile pritiska od zgoraj-to vključuje ves zrak in vodni tlak. Tako vplivajo občasne spremembe višine oceana, kot so valovi in spremembe zračnega pritiska zaradi neviht nad oceanom. To je razlog za vključitev senzorja barometričnega tlaka v ohišje (poskrbite, da boste zagotovili nekaj drobnih zračnih lukenj, ki bodo omogočale pravilno odčitavanje). Senzorska palica z dvema senzorjema je zasidrana v oceanu na globini, kjer jo bo tudi ob oseki še vedno pokrivala voda. Na katero globino postavite senzorje je poljubno, saj bodo merili le spremembo višine vodnega stolpca nad ne absolutno višino. Za sidro sem uporabil opeko s pritrjeno vrvjo za pritrditev senzorske palice nekaj metrov od dna. Na zgornji drog palice je bil pritrjen plovec, ki je držal senzorje v nogi navpično. Žica iz zvitega para in vrv sta vodili do pristanišča, kjer sta bila vezana z veliko ohlapnosti, da bi se prilagodila izletu plimovanja. Oddajnik GSM je bil nameščen na bližnjem čolnu. Spremljanje je potekalo več kot mesec dni. Ti senzorji so dali odčitke, ki so dosledno ločeni z 28 enotami, kar je predstavljalo razliko tlaka v čevlju vode na tem mestu. Barometrični tlak smo odšteli od podatkov spodnjega senzorja in ga razdelili z 28, da dobimo ekvivalent vzpona in padca oceanske površine v obdobjih 10 minut. Zgornji diagram prikazuje primerjavo z grafikonom NOAA za isto datumsko obdobje. Dejanski senzor vzpona in padca/stopal smo preverili glede na dejansko premikanje pomožne postaje in ugotovili, da je natančen do 1/2 palca. Tudi pri visoki porabi energije, ki jo oddaja GSM, vsakih deset minut sončne celice zlahka držijo povpraševanje v tem mračnem deževnem gozdu.

8. korak: Več

Že omenjeni viri so te senzorje uporabljali za preučevanje višine valov. Moji rezultati so bili iz mirnega pristanišča z minimalno aktivnostjo valov, ki jih poganja veter, vendar lahko te podatke zajamete s povečanjem frekvence vzorčenja in z drsečimi povprečji rezultatov. Sistem Lora dobro deluje na razdaljah, ki bi zagotavljale mrežno mrežo valovnih informacij za več lokacij vzdolž obale. To bi bilo idealno za tiste, ki se zanimajo za surfanje. Nizki stroški in zelo majhna velikost teh neodvisnih enot bi olajšali pridobivanje obalnih informacij. Trenutno je zajem informacij o plimi zelo zapletena in od infrastrukture odvisna državna dejavnost, vendar se to lahko spremeni s sprejetjem alternativnih naprav. Blynk je zdaj programiran, da me obvesti o naslednjem cunamiju!