WetRuler-okeāna augstuma mērīšana: 8 soļi (ar attēliem)

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

Paziņojums nāca šīs vasaras sākumā, ka apgabalu Aļaskā, sauktu par princi Viljamu Skaņu, negaidīti piemeklēs globālās sasilšanas ierosinātais cunami. Zinātnieki, kas veica atklājumu, norādīja uz strauji atkāpšanās ledus zonu, kas bija atstājusi gruvešu kalnu, kas ieslīdētu fjordā un izraisītu 30 pēdu vilni, kas galu galā skāra Vitjē pilsētu. Tas ir noticis arī agrāk, 1964. gada zemestrīces laikā, kad kratīšana izraisīja vairākus cunami apkārtējos fjordos un izpostīja piekrasti, tostarp Vitjē un Valdezu, ar vairākiem nāves gadījumiem. Kruīza laivas, kas jau bija piesardzīgas pret vīrusu, nolēma nedoties šīs teritorijas tuvumā, un USFS piedāvāja atmaksu par visām nomātajām kajītēm. Pēc nedēļas visus mūsu mobilos tālruņus skāra cunami brīdinājums! Zemūdens bāka pie krastiem bija atklājusi vilni, kas saistīts ar nelielu zemestrīci. Visām reģionālajām pilsētām tika teikts evakuēties, ja tās atrodas ūdens tuvumā. Tā nekas nenāca. Kā jūs novērtējat šos notikumus? Šajā pamācībā ir sīki aprakstīti mazu sensoru izveide, kas spēj izmērīt okeāna augstumu un nosūtīt datus uz LORA uztvērēju vai tieši uz GSM. Iekārtas ir kompaktas un šķiet izturīgas pret apkārtējo vidi, un tās tiek darbinātas ar saules enerģiju. Esmu šeit tos pārbaudījis, lai sasniegtu reproducējamus plūdmaiņu augstumus, taču tos varētu izmantot arī viļņu augstuma un cunami prognozēm.

1. darbība: apkopojiet savus materiālus

Es izveidoju divas sūtīšanas vienības-viena ietver GSM (mobilā tālruņa) augšupielādi un otra LORA augšupielādi. Varat arī apsvērt iespēju izveidot savienojumu ar sestdienas bāku, jo daudzās no šīm zonām nav mobilā tālruņa pārklājuma. Šo instrumentu centrā ir sensors MS5803-14BA, un tā izmantošanu un montāžu dažādos scenārijos var atrast šajās vietnēs: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… un http:/ /owhl.org. Otrais no tiem parāda izcili izstrādātu tālvadības reģistrētāju ar savu pielāgotu PCB, kas paredzēts viļņu augstuma ilgtermiņa mērīšanai. Šķiet, ka sensori ir izturīgi pret ūdeni mēnešiem līdz gadam atkarībā no iestatījumiem.

1. MS5803-14BA-jūs varat tos iegūt no DigiKey par 13 ASV dolāriem, bet jums ir jāveic daži virsmas lodēšanas darbi vai jāiegādājas iepriekš izgatavota sadalīšanas dēlis no SparkFun, bet tas jums atmaksās 60 USD. Ja jūs to darāt pats, jums būs nepieciešama neliela Adafruit plāksne, pie kuras to pielodēt, un kāda zemas temperatūras lodēšanas želeja (140F), kas man šķita noderīga. Cavepearlproject ir lieliska apmācība par to, kā tos lodēt ar rokām-es iesaku iegūt lētu pārstrādes staciju no Amazon par 30 USD.

2. LILYGO 2gab. TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 USD tie ir paredzēti LORA kastei.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-šī ir lieliska tāfele. Tas lieliski darbojas ar simbolu Hologramma. Diemžēl, neskatoties uz vairākiem mēģinājumiem, es nevarēju panākt, lai viņu Arduino Sim darbotos ar viņu jauno pakalpojumu. Ja jums joprojām ir pieejams 2GM pakalpojums, varat izmantot kaut ko lētāku, taču tas Aļaskā pilnībā neizdevās.

4. Saules baterijas Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini saules paneļu modulis DIY vieglu rotaļlietu lādētājam 133mm x 73mm $ 8 $

5. 18650 akumulators 4 ASV dolāri

6. TP4056-lādētājs $ 1

7. Slēdzis Izturīgs metāla ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzis ar zaļu LED gredzenu - 16 mm zaļš ieslēgts/izslēgts 5 ASV dolāri

8. Icstation 1S 3.7V litija jonu akumulatora sprieguma testētāja indikators 4 sekcijas Zils LED displejs 2 ASV dolāri

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-izcili maza laika ierīce 6,00 USD

10. N -kanālu jauda MOSFET - 30V / 60A 1,75 $

11. Diferenciālais I2C garā kabeļa pagarinātāja PCA9600 modulis no SandboxElectronics X2 (katrs 18 USD) - literatūrā ir minēti daži panākumi ar gariem kabeļiem I2C, bet ar ikdienas 25 pēdu plūdmaiņām Aļaskā jums ir nepieciešami gari kabeļi … ak, jā, kāds kabelis.. Es izmantoju lielu kastīti 23 g 4 vītā pāra kabeli, kas piemērots ārpusei.

12. Adafruit BMP388 - precīzs barometriskais spiediens un altimetrs 10 ASV dolāri

2. darbība: izveidojiet sensorus

Sensori ir jāpielīmē virspusē nelielos PCB. Abi iepriekšējie darbi sniedz dažus padomus par to, kā to izdarīt. Es nopirku gan sensorus, gan mazos dēļus no Digikey. Izmantojiet Adafruit zemas temperatūras lodmetālu un, novietojot to uz tāfeles, notīriet tikai mazāko daudzumu blakus sensora kājām. Izmantojiet pūtēju, lai to izkausētu vietā. Man neizdevās to izdarīt labi, izmantojot manu lodēšanas iestatījumu, un galu galā es saīsināju dažus spilventiņus. Pārējā elektroinstalācija, ja pareizi pārbaudāt savus vadus, ir vienkārša-ievietojiet nelielu kondensatoru (0,1 n) starp strāvas un zemes vadiem un paceliet CS un PSB vadus Hi, lai sāktu I2C un kontrolētu sensora adresi. (Skatīt zīmējumu) Lo ir divas izvēles iespējas: 0 X 76 Hi un 0 X 77. Es izmantoju abus, lai izveidotu sensora zizli ar sensoriem, kas novietoti vienu pēdu viens no otra, lai iegūtu spiediena starpību neatkarīgi no jūsu mērījuma. Es izstrādāju sensoram 3D drukātu korpusu, lai to varētu pilnībā iekapsulēt skaidrā epoksīdā. Konusa stiprinājuma mute lieliski iederas sensora mazajā nerūsējošā kakla daļā, un hermētisks novietojums tiek veikts ar nelielu superlīmes gredzenu, kas to notur un aizzīmogo epoksīda iesaiņošanai.

3. solis: 3D izdrukājiet savu mājokli

GSM un Lora divi galvenie korpusi ir vienādi ar sānu paneļu ieliktņiem saules paneļiem. Vienīgais Lora modulis bija antenas caurums augšpusē, kas jāizurbj atkarībā no jūsu ierīces diametra. GSM antena ietilpst otras kastes iekšpusē. Vadības panelis katrā ir identisks caurumiem ieslēgšanai/izslēgšanai un spiedpogām, lai ieslēgtu akumulatora uzlādes līmeni. Pēdas tiek drukātas atsevišķi un pielīmētas pie korpusiem stūros un nodrošina dažādas montāžas iespējas. Mazais tornītis un skrūvējamais vāciņš ir pielīmēts ap microUSB stiprinājuma atveri, lai pasargātu to no ūdens iekļūšanas. Iekārta būtībā ir ļoti ūdensizturīga un iespiesta PETG formātā, lai samazinātu siltuma izkropļojumus. Korpusa 3 mm skrūvēm es izmantoju karstumizturīgus misiņa skrūvju stiprinājumus galvenajā korpusā. Ir faili diviem stiprinājumiem sensoriem-vienam ir divi sensori, kas uzstādīti kāju viens no otra uz lucīta plastmasas nūjiņas ar stiprinājumu I2C "pastiprinātāja" kastei ar ķēdi, kas uzstādīta un epoksēta iekšpusē. Šim zizlim ir arī divi 3D drukāti caurumi, lai pielāgotos montāžas iespējām. Otrs sensora korpuss ir viena ripa, kurā ir ieskrūvēts viens no sensoriem un aizmugurē ir izgriezums I2C "pastiprinātājam". Visi šie ir iespiesti PETG formātā. Atlikušie faili ir mazais Lora uztvērēja korpusa korpuss ar nelielu logu OLED.

4. solis: pievienojiet vadu

Sensori ir savienoti paralēli SDA līnijām, SCL līnijām, Pos un Gnd ir savienoti vienā savītā kabelī ar četriem vadītājiem. I2C pastiprinātāji ir ļoti ērti lietojami-piestiprinot abus sensorus pie ieejas līnijām un garo kabeli līdz 60 metriem, kas piestiprināts pie viena veida uztvērēja bloka. Ja jūs ejat ilgāk, iespējams, būs jāmaina uzvelkamie rezistori uz dēļiem. Pārējo elektroinstalācijas shēmas ir norādītas iepriekš. Ķēde darbojas ar ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzi, kas nosūta jaudu uz Adafruit TPL5111, kas ir iestatīts uz 57 omiem, lai ik pēc 10 minūtēm ieslēgtu ieslēgšanas līmeni-jūs, protams, varat to pielāgot mazākam vai lielākam datu pārraides biežumam. Tas kontrolē MOSFET uz pamatplates (Lora vai Arduino 400 GSM). (Esmu atklājis, ka tādām plāksnēm kā GSM un ESP32 ir pārāk liels TPL jaudas patēriņš, ja vien kopā ar tām neizmantojat MOSFET …) Jauda sensoriem un BMP388 nāk no galvenās plates, kad tā ir ieslēgta: 3v. Uzvilkšanas rezistori atrodas uz I2C pastiprinātājiem, un jums tie nav nepieciešami šīs ķēdes sensoriem. Uzlādes plate TP4056 lieliski darbojas ar diviem saules paneļiem un pievienoto 18650 akumulatoru. Spiedpoga vienkārši savieno akumulatora izvadi ar mazā akumulatora līmeņa ekrānu. Abi sensori, kas pievienoti lucite zizlim, izmanto divas pieejamās adreses, ieskaitot BMP388 adresi (0 X 77), tāpēc, ja izmantojat divus ūdens spiediena sensorus, BMP ar SPI ir jāpievieno galvenajām plāksnēm. Ja izmantojat tikai vienu (ripu), varat to savienot ar I2C un BMP izmantot atlikušo pieejamo adresi (0 X 77).

5. solis: izveidojiet to

Es izmantoju perf dēļus, lai visu izspēlētu. Galvenā plāksne TPL, BMP visi devās uz vienas tāfeles. Slēdži tika ieskrūvēti vietā ar gumijas blīvēm. Lādētāja plāksne tiek uzstādīta uz vadības virsmas plāksnes balsta ar microUSB uz āru. Ūdens aizsardzības tornītis tika pārklāts ar priekšpusi, un skrūvējamais vāciņš uz vītnēm tika noslēgts ar silīcija smērvielu. Lucīta zizlis tika izgriezts no diviem 1/4 plastmasas slāņiem, sensoriem uzstādot tieši vienu pēdu. 3D drukātie caurumu stiprinājumi tika novietoti uz galiem, un I2C pastiprinātājs tika ieskrūvēts vidū, kur tika veikti visi vadu savienojumi. Ripu sensors tika izdrukāts 3D formātā, un pastiprinātājs tika epoksizēts iekšpusē un savienots ar vienu sensoru. Lora vienības augšpusē tika urbts caurums, lai novietotu antenu, un katras ierīces aizmugurē tika ievietoti caurumi, lai novietotu vadu no sensoriem. Tiek nodrošināta 3D drukātā stieples aizturēšana. Piestipriniet vadu ar rāvējslēdzēju pēc tam, kad tas ir līmēts vietā. Visi vadu savienojumi tiek sarauti jūras karstumā un pēc tam krāsoti ar šķidru elektrisko lenti ūdens drošībai.

6. darbība: ieprogrammējiet to

Programmā patiešām nav daudz. Tas lielā mērā balstās uz bibliotēkām, kas paredzētas sensoriem-kas darbojas perfekti, un uz GSM Blynk programmatūras brīnumu Arduino plāksnei, kas lieliski savienojas ar Hologrammas mākoni. Reģistrējieties Hologrammas kontam un saņemiet no viņiem SIM karti, ko ievietot Arduino 400 GSM panelī. Roku kratīšanas procesu pārvalda bibliotēka Blynk-GSM Arduino. Adafruit uzrakstīja bibliotēku BMP, un es izmantoju SparkFun bibliotēku MS5803. Ja vēlaties, abi no jūsu sensoriem piegādā temperatūras izvadi. Ar programmatūru pielāgotas tapas var izmantot gandrīz visu, kas atrodas uz galvenās plates. Es izmantoju Blynk taimera rutīnu, lai nejauši nepārslogotu lietotni Blynk. Protams, jums jābūt uzmanīgam ar datu apjomu, ko ievietojat, izmantojot GSM-hologrammas saiti, vai arī varat sastādīt nelielu rēķinu-ne pārāk daudz-tas izmantoja aptuveni 3 MB nedēļā, kas ir aptuveni 40 centi. Es augšupielādēju tikai trīs spiediena mērījumus - 2 no zemūdens un vienu no korpusa (BMP). Programmas pēdējā daļa ir TPL izslēgšana, paaugstinot līdz HI vienības darīto tapu, kurā teikts, ka dati ir pārsūtīti. Lietotne Blynk ir brīnišķīga, kā vienmēr, un jūs varat izveidot jebkura veida izvades ekrānu, un vislabākā daļa ir iespēja lejupielādēt savu datu kaudzi pa e -pastu jebkurā laikā.

Lora vienība izmanto tās pašas bibliotēkas un izmanto OLED bloku (es to izslēdzu sūtītāja programmatūrā, lai taupītu enerģiju) un nosaka frekvenci jūsu konkrētajai atrašanās vietai. Pēc tam tā izveido datu virkni ar atdalītājiem, kas ļauj nosūtīt sensora rādījumus vienā kadrā. Pēc tam tas aktivizē gatavo tapu, lai izslēgtu. Uztvērēja ierīce sadala vārdu un nosūta informāciju lietotnei Blynk, izmantojot vienmēr pieejamu WIFI saiti. Uztvērējs ir neticami mazs un pievienojams sienas kārpai.

7. darbība: tā izmantošana

Mazā sensora seja ar augstu precizitāti uztver visu spiediena spēku uz to no augšas-tas ietver visu gaisa un ūdens spiedienu. Tātad periodiskas okeāna augstuma izmaiņas-piemēram, viļņi un gaisa spiediena izmaiņas no vētrām virs okeāna-to visu ietekmē. Tas ir iemesls barometriskā spiediena sensora iekļaušanai korpusā (pārliecinieties, vai esat izveidojis pāris mazus gaisa caurumus, lai tas varētu pareizi nolasīt). Sensora zizlis ar abiem sensoriem ir noenkurots okeānā tādā dziļumā, kur to joprojām pārklās ūdens pat bēguma laikā. Tas ir patvaļīgi, kādā dziļumā jūs novietojat sensorus, jo tie mērīs tikai ūdens staba augstuma izmaiņas virs, nevis absolūto augstumu. Es izmantoju ķieģeļu kā enkuru ar virvi, lai piestiprinātu sensora zizli pāris pēdu attālumā no apakšas. Zizliņa augšējam stabam tika piestiprināts pludiņš, lai turētu sensorus vertikālā orientācijā. Vītā pāra stieple un virve noveda pie piestātnes, kur tie tika atsieti ar lielu atslābumu, lai pielāgotos plūdmaiņu ekskursijai. GSM sūtītāja vienība tika uzstādīta tuvējā laivā. Uzraudzība notika vairāk nekā mēnesi. Abi sensori rādījumus konsekventi atdalīja ar 28 vienībām, kas atspoguļoja spiediena starpību ūdens pēda šajā vietā. Barometriskais spiediens tika atņemts no apakšējiem sensora datiem un dalīts ar 28, lai iegūtu pēdu ekvivalentu okeāna virsmas pieaugumam un kritumam 10 minūšu laikā. Iepriekš redzamajā diagrammā sniegts salīdzinājums ar NOAA diagrammu tajā pašā datuma periodā. Faktiskais pacelšanās un kritiena sensors/pēdas tika pārbaudītas, salīdzinot ar doka faktisko kustību, un tika konstatēts, ka to precizitāte ir 1/2 collas. Pat ja GSM pārraides patērē daudz enerģijas ik pēc desmit minūtēm, saules paneļi viegli atbilst pieprasījumam šajā blāvajā lietus mežu vidē.

8. solis: vairāk

Iepriekš minētie avoti šos sensorus izmantoja viļņu augstuma izpētei. Mani rezultāti bija no mierīgas ostas ar minimālu vēja izraisītu viļņu aktivitāti, taču jūs varat iegūt šos datus, palielinot paraugu ņemšanas biežumu un nosakot rezultātu slīdošos vidējos rādītājus. Lora sistēma labi darbojas attālumos, kas nodrošinātu viļņu informācijas tīkla tīklu vairākām vietām piekrastē. Tas būtu ideāli piemērots tiem, kurus interesē sērfošanas aktivitātes. Šo neatkarīgo vienību zemās izmaksas un ļoti mazais izmērs atvieglotu piekrastes informācijas apkopošanu. Pašlaik plūdmaiņu informācijas uztveršana ir ļoti sarežģīta un no infrastruktūras atkarīga valdības darbība, taču, pieņemot alternatīvas ierīces, tas var mainīties. Blynk tagad ir ieprogrammēts paziņot man par nākamo cunami!