Viedā boja [kopsavilkums]: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Mēs visi mīlam jūras krastu. Kā kolektīvs mēs pulcējamies uz to brīvdienās, baudīt ūdens sporta veidus vai iztikas līdzekļus. Bet piekraste ir dinamiska teritorija, kas ir viļņu žēlastībā. Pieaugošais jūras līmenis grauž pludmalēs un spēcīgi ekstremāli notikumi, piemēram, viesuļvētras, tos pilnībā iznīcina. Lai saprastu, kā viņus glābt, mums ir jāsaprot spēki, kas veicina viņu izmaiņas.

Pētījumi ir dārgi, bet, ja jūs varētu izveidot lētus, efektīvus instrumentus, jūs varētu ģenerēt vairāk datu - galu galā uzlabojot izpratni. Tā domāja mūsu Smart Buoy projekts. Šajā kopsavilkumā mēs sniedzam īsu informāciju par mūsu projektu un sadalām to dizainā, markā un datu prezentācijā. Ak boja, tev tas patiks..!

Piegādes

Lai pilnībā izveidotu Smart Buoy, jums ir nepieciešams daudz lietu. Katrā būvniecības posmā nepieciešamo materiālu sadalījums būs pieejams attiecīgajā apmācībā, taču šeit ir pilns saraksts:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Akumulators (18650) - Amazon
• Saules paneļi - Amazon
• Bloķēšanas diodes - Amazon
• Uzlādes kontrolieris - Amazon
• Buck pastiprinātājs - Amazon
• GPS modulis - Amazon
• GY -86 (akselerometrs, žiroskops, barometrs, kompass) - Amazon
• Ūdens temperatūras sensors - Amazon
• Jaudas monitora modulis - Amazon
• Reālā laika pulksteņa modulis - Amazon
• Radio moduļi - Amazon
• i^2c multipleksora modulis - Amazon
• 3D printeris - Amazon
• PETG kvēldiegs - Amazon
• Epoksīdsveķis - Amazon
• Primer aerosola krāsa - Amazon
• Virve - Amazon
• Pludiņi - Amazon
• Līme - Amazon

Visu izmantoto kodu var atrast vietnē

1. darbība: ko tas dara?

Smart Buoy esošie sensori ļauj izmērīt: viļņu augstumu, viļņu periodu, viļņu jaudu, ūdens temperatūru, gaisa temperatūru, gaisa spiedienu, spriegumu, strāvas izmantošanu un GPS atrašanās vietu.

Ideālā pasaulē tā būtu izmērījusi arī viļņu virzienu. Balstoties uz Bojas veiktajiem mērījumiem, mēs atradāmies gandrīz tuvu risinājuma atrašanai, kas ļautu aprēķināt viļņu virzienu. Tomēr tas izrādījās diezgan sarežģīti, un tā ir milzīga problēma faktiskajā pētnieku aprindās. Ja ir kāds, kurš var mums palīdzēt un ieteikt efektīvu veidu, kā iegūt viļņu virziena mērījumus, lūdzu, dariet mums to zināmu - mēs labprāt saprastu, kā mēs varētu to panākt! Visi Buoy apkopotie dati tiek nosūtīti pa radio uz bāzes staciju, kas ir Raspberry Pi. Mēs izveidojām informācijas paneli, lai tos parādītu, izmantojot Vue JS.

2. darbība: būvēšana - bojas korpuss

Šī boja, iespējams, bija visgrūtākā lieta, ko līdz šim esam drukājuši. Bija jāņem vērā tik daudz lietu, kā tas bija jūrā, pakļauts stihijām un daudz saules. Vairāk par to runāsim vēlāk sērijā Smart Buoy.

Īsumā: mēs izdrukājām gandrīz dobu sfēru divās daļās. Augšējā pusē ir spraugas saules paneļiem un caurums radioantenai. Apakšējā pusē ir caurums temperatūras sensoram un rokturis virvei, ko piesiet.

Pēc bojas drukāšanas, izmantojot PETG kvēldiegu, mēs to slīpējām, krāsojām ar smidzinātāju ar kādu pildvielas grunti un pēc tam uzklājām pāris epoksīda slāņus.

Kad apvalka sagatavošana bija pabeigta, mēs ievietojām visu elektroniku iekšā un pēc tam, izmantojot līmes pistoli, aizzīmogojām ūdens temperatūras sensoru, radioantenu un saules paneļus. Visbeidzot, mēs aizzīmogojām abas puses ar StixAll līmi/līmi (super lidmašīnas līme).

Un tad mēs cerējām, ka tas ir ūdensizturīgs …

3. darbība: būvēšana - boju elektronika

Bojā ir daudz sensoru, un mēs tos detalizēti aplūkojam attiecīgajā apmācībā. Tā kā tas ir kopsavilkums, mēs centīsimies saglabāt šo informatīvo, bet īso!

Boju darbina 18650 akumulators, kuru uzlādē četri 5V saules paneļi. Tomēr tikai reālā laika pulkstenis tiek pastāvīgi darbināts. Boja izmanto reālā laika pulksteņa izejas tapu, lai kontrolētu tranzistoru, kas ļauj strāvas padevei pārējā sistēmā. Kad sistēma ir ieslēgta, tā sākas, iegūstot mērījumus no sensoriem, ieskaitot sprieguma vērtību no jaudas monitora moduļa. Jaudas monitora moduļa norādītā vērtība nosaka, cik ilgi sistēma guļ pirms nākamo rādījumu kopas ņemšanas. Šim laikam ir iestatīts modinātājs, tad sistēma pati izslēdzas!

Pati sistēma ir daudz sensoru un radio modulis, kas savienots ar Arduino. GY-86 modulis, RealTimeClock (RTC), Power Monitor modulis un I2C multipleksors sazinās ar Arduino, izmantojot I2C. Mums bija nepieciešams I2C multipleksors, jo GY-86 un izmantotajam RTC modulim ir viena un tā pati adrese. Multipleksora modulis ļauj sazināties bez papildu problēmām, lai gan tas varētu būt nedaudz pārspīlēts.

Radio modulis sazinās, izmantojot SPI.

Sākotnēji mums bija arī SD karšu modulis, taču SD bibliotēkas lieluma dēļ tas sagādāja tik daudz galvassāpju, ka nolēmām to nodot metāllūžņos.

Apskatiet kodu. Iespējams, ka jums ir daži jautājumi, iespējams, arī šaubas, un mēs ar prieku tos uzklausīsim. Padziļinātajās apmācībās ir koda skaidrojumi, tāpēc, cerams, tās padarīs to mazliet skaidrāku!

Mēs mēģinājām loģiski atdalīt koda failus un izmantot galveno failu, lai tos iekļautu, kas, šķiet, darbojās diezgan labi.

4. solis: būvēšana - bāzes stacijas elektronika

Bāzes stacija tiek izgatavota, izmantojot Raspberry Pi Zero ar pievienotu radio moduli. Mēs saņēmām apvalku no https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Tu esi superīgs, liels paldies!

Kad kods darbojas Arduino, ir diezgan vienkārši iegūt mērījumus Raspberry Pi, palaižot kodu listen_to_radio.py.

5. darbība: informācijas panelis

Lai parādītu, kā mēs izveidojām visu domuzīmi, tas būtu mazliet Odiseja, jo tas bija diezgan garš un sarežģīts projekts. Ja kāds vēlas uzzināt, kā mums tas izdevās, dariet mums to zināmu - T3ch Flicks vietējais tīmekļa izstrādātājs labprāt veiktu apmācību šajā jautājumā!

Kad esat ievietojis šos failus Raspberry Pi, jums vajadzētu būt iespējai palaist serveri un redzēt informācijas paneli ar ievadītajiem datiem. Attīstības apsvērumu dēļ un lai redzētu, kā domuzīme izskatītos, ja to sniegtu labi, regulāri dati, serverim pievienojām viltus datu ģeneratoru. Palaidiet to, ja vēlaties redzēt, kā tas izskatās, kad jums ir vairāk datu. Mēs to arī sīkāk izskaidrosim vēlāk apmācībā.

(Atcerieties, ka visu kodu varat atrast vietnē

6. darbība: 2. versija ?? - Problēmas

Šis projekts absolūti nav ideāls - mums patīk vairāk domāt par to kā prototipu/koncepcijas pierādījumu. Lai gan prototips darbojas pamatlīmenī: tas peld, veic mērījumus un spēj tos pārraidīt, daudz ko esam iemācījušies un mainīsim attiecībā uz otro versiju:

1. Mūsu lielākā problēma bija nespēja nomainīt Bojas kodu pēc tam, kad tā bija pielīmēta. Tas patiešām bija nedaudz nolaidība, un to varēja ļoti efektīvi atrisināt, izmantojot USB portu, kas pārklāts ar gumijas blīvējumu. Tomēr tas 3D drukas hidroizolācijas procesam būtu piešķīris pavisam citu sarežģītības slāni!
2. Mūsu izmantotie algoritmi nebūt nebija perfekti. Mūsu metodes viļņu īpašību noteikšanai bija diezgan neapstrādātas, un mēs galu galā pavadījām daudz laika, lasot matemātiku, lai apvienotu sensoru datus no magnetometra, akselerometra un žiroskopa. Ja kāds no turienes to saprot un ir gatavs palīdzēt, mēs domājam, ka mēs varētu šos mērījumus padarīt daudz precīzākus.
3. Daži sensori darbojās nedaudz dīvaini. Ūdens temperatūras sensors bija tas, kas izcēlās kā īpaši viltīgs - brīžiem gandrīz par 10 grādiem no reālās temperatūras. Iemesls tam varēja būt tikai slikts sensors vai kaut kas to sildīja …

7. solis: 2. versija ?? - Uzlabojumi

Arduino bija labs, taču, kā minēts iepriekš, atmiņas problēmu dēļ mums bija jāatbrīvojas no SD kartes moduļa (kam vajadzēja būt datu rezerves kopijai, ja radio ziņas nevarēja nosūtīt). Mēs varētu to mainīt uz jaudīgāku mikrokontrolleri, piemēram, Arduino Mega vai Teensy, vai vienkārši izmantot citu Raspberry Pi nulli. Tomēr tas palielinātu izmaksas un enerģijas patēriņu.

Mūsu izmantotajam radio modulim ir ierobežots pāris kilometru diapazons ar tiešu redzamību. Tomēr hipotētiskā pasaulē, kur mēs varējām salā (ļoti) izvietot daudzas bojas, mēs būtu varējuši izveidot tādu acu tīklu. Ir tik daudz iespēju datu pārraidei lielos attālumos, ieskaitot lora, grsm. Ja mēs varētu izmantot vienu no šiem, iespējams, ka salu tīkls visā salā būtu iespējams!

8. darbība. Mūsu viedās bojas izmantošana pētniecībai

Mēs izveidojām un palaist boju Grenadā, nelielā salā Karību jūras dienvidos. Kamēr bijām tur, mēs tērzējām ar Grenādijas valdību, kura teica, ka tāda gudra boja, kādu mēs izveidojām, būtu noderīga, nodrošinot okeāna īpašību kvantitatīvus mērījumus. Automatizēti mērījumi samazinātu cilvēku pūles un cilvēku kļūdas un sniegtu noderīgu kontekstu mainīgo krastu izpratnei. Valdība arī ierosināja, ka vēja mērījumu veikšana būtu arī noderīga funkcija viņu mērķiem. Nav ne jausmas, kā mēs to pārvaldīsim, tāpēc, ja kādam ir idejas…

Svarīgs brīdinājums ir tas, ka, lai gan tas ir patiešām aizraujošs laiks piekrastes pētījumiem, jo īpaši saistībā ar tehnoloģijām, līdz tā pilnīgai pieņemšanai ir tāls ceļš ejams.

Paldies, ka izlasījāt Smart Buoy sērijas kopsavilkuma emuāra ziņu. Ja vēl neesat to izdarījis, lūdzu, apskatiet mūsu kopsavilkuma videoklipu vietnē YouTube.

Reģistrējieties mūsu adresātu sarakstam!

1. daļa: Viļņu un temperatūras mērīšana

2. daļa: GPS NRF24 radio un SD karte

3. daļa: Bojas jaudas plānošana bojai

4. daļa: Bojas izvietošana