WetRuler-Meranie výšky oceánu: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Začiatkom leta prišlo oznámenie, že oblasť na Aljaške s názvom Prince William Sound nečakane zasiahne cunami iniciované globálnym otepľovaním. Vedci, ktorí tento objav urobili, poukázali na oblasť rýchlo ustupujúceho ľadu, ktorá po sebe zanechala horu trosiek, ktoré by skĺzli do fjordu a spustili 30 -stopovú vlnu, ktorá by nakoniec zasiahla mesto Whittier. To sa už stalo predtým, počas zemetrasenia v roku 1964, kde otrasy iniciovali niekoľko cunami v okolitých fjordoch a zničili pobrežie vrátane Whittier a Valdez s niekoľkými úmrtiami. Výletné lode, ktoré sú už pred vírusom na pozore, sa rozhodli nepribližovať sa s touto oblasťou a USFS ponúkal vrátenie peňazí za všetky prenajaté kajuty. O týždeň neskôr zasiahlo varovanie pred cunami všetky naše mobilné telefóny! Podvodný maják zistil vlnu spojenú s malým zemetrasením pri pobreží. Všetkým krajským mestám bolo povedané, aby sa v prípade vody evakuovali. Z ničoho nič. Ako meriate tieto udalosti? Tento návod podrobne popisuje stavbu malých senzorov, ktoré sú schopné merať výšku oceánu a odosielať údaje buď do prijímača LORA, alebo priamo do siete GSM. Jednotky sú kompaktné a zdajú sa byť odolné voči svojmu prostrediu a sú poháňané slnečnou energiou. Testoval som ich tu na dosiahnutie reprodukovateľných výšok prílivu a odlivu, ale dali by sa použiť aj na predpovede výšky vĺn a cunami.

Krok 1: Zhromaždite svoje materiály

Postavili som dve odosielacie jednotky-jedna zahŕňa nahrávanie cez GSM (mobilný telefón) a druhá nahrávanie LORA. Môžete tiež zvážiť prepojenie so satelitným majákom, pretože mnohé z týchto oblastí nemajú pokrytie mobilným telefónom. Senzorom v srdci týchto nástrojov je MS5803-14BA a jeho použitie a zostavenie v rôznych scenároch nájdete na týchto webových stránkach: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… a http:/ /owhl.org. Druhý z nich ukazuje brilantne navrhnutý diaľkový záznamník s vlastnou na mieru navrhnutou doskou na dlhodobé meranie výšky vlny. Senzory sa zdali byť odolné voči vode niekoľko mesiacov až rok v závislosti od nastavenia.

1. MS5803-14BA-môžete ich získať od spoločnosti DigiKey za 13 dolárov, ale musíte vykonať nejaké spájkovanie povrchu alebo si zaobstarať vopred pripravenú odlamovaciu dosku od SparkFun, ale vráti vám to 60 dolárov. Ak to urobíte sami, budete potrebovať malú dosku Adafruit na jeho spájkovanie a nejaký nízkoteplotný spájkovací gél (140F), ktorý som považoval za užitočný. Cavepearlproject má skvelý návod, ako ich ručne spájkovať-navrhujem získať lacnú prepracovaciu stanicu od Amazonu za 30 dolárov.

2. LILYGO 2ks TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 dolárov to je za box LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 55 dolárov-to je skvelá doska. Funguje to perfektne so simulátorom Hologram. Napriek mnohým pokusom sa mi bohužiaľ nepodarilo dosiahnuť, aby ich Arduino Sim fungoval s ich novou službou. Ak máte stále prístup k službe 2GM, môžete ísť s niečím lacnejším, ale to sa na Aljaške úplne nepodarilo.

4. Solárne články Uxcell 2ks 6V 180mA Poly Mini solárny panel panelový modul pre domácich majstrov nabíjačka hračiek 133 mm x 73 mm 8 dolárov

5. Batéria 18650 4 doláre

6. TP4056-nabíjačka 1 dolár

7. Prepínač Robustný kovový vypínač zap/vyp so zeleným LED krúžkom - 16 mm zelený zap/vyp 5 dolárov

8. Indikátor testera napätia lítium -iónovej batérie Icstation 1S 3,7 V, 4 sekcie, modrý LED displej, 2 doláre

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-brilantné malé časovacie zariadenie 6,00 dolárov

10. N -kanálový výkonový MOSFET - 30V / 60A 1,75 dolárov

11. Diferenciálny predlžovací kábel I2C s dlhým káblom Modul PCA9600 od spoločnosti SandboxElectronics X2 (18 dolárov za kus) - v literatúre je uvedený úspech s dlhými káblami pre I2C, ale pri dennom prílivu a odlete na Aljaške potrebujete dlhé káble … áno, nejaký kábel.. Použil som big box 23 g 4 krútený dvojlinkový kábel vhodný do exteriéru.

12. Adafruit BMP388 - presný barometrický tlak a výškomer 10 dolárov

Krok 2: Zostavte senzory

Senzory musia byť povrchovo spájkované na malé dosky plošných spojov. Dve predchádzajúce práce vám poskytnú niekoľko tipov, ako to urobiť. Kúpil som senzory aj malé dosky od Digikey. Pri umiestnení na dosku použite nízkoteplotnú spájku od spoločnosti Adafruit a naneste najmenšie množstvo susediace s nohami senzora. Pomocou prepracovaného dúchadla ho roztavte na miesto. Nedokázal som to urobiť dobre s nastavením ručného spájkovania a skončil som skratovaním niektorých podložiek. Ostatné zapojenie, ak správne skontrolujete svoje vodiče, je jednoduché-vložiť malý kondenzátor (0,1 n) medzi napájacie a uzemňovacie vodiče a zdvihnúť vodiče CS a PSB Hi, aby sa inicioval I2C a ovládala adresa senzora. (Pozri výkres) Máte dve možnosti 0 X 76 Ahoj a 0 X 77 pre Lo. Oba som použil na vytvorenie senzorickej tyčinky so senzormi umiestnenými jednu nohu od seba, aby som poskytol tlakový rozdiel bez ohľadu na to, čo meriate. Senzor som navrhol pre 3D tlačené puzdro, aby bolo možné úplne ho zapuzdriť do číreho epoxidu. Ústie držiaka kužeľa dokonale zapadá do malého nerezového hrdla senzora a utesnené umiestnenie sa dosahuje malým krúžkom superlepidla, ktoré ho drží na mieste a utesňuje ho pre zapuzdrenie epoxidu.

Krok 3: 3D tlač vášho bývania

Dve hlavné kryty pre GSM a Lora sú rovnaké s vložkami na bočných paneloch pre solárne panely. Jediným modom pre Loru bol otvor pre anténu v hornej časti, ktorý je potrebné vyvŕtať v závislosti od priemeru vašej jednotky. GSM anténa sa zmestí do druhého boxu. Ovládací panel v každom z nich je identický s otvormi na ZAPNUTIE/VYPNUTIE a tlačidlom na zapnutie obrazovky úrovne batérie. Nohy sú vytlačené oddelene a nalepené na puzdrách v rohoch a poskytujú rôzne možnosti montáže. Malá vežička a skrutkovací uzáver sú prilepené okolo otvoru pre držiak microUSB, aby bol chránený pred vniknutím vody. Jednotka je v zásade veľmi odolná voči vode a je vytlačená v PETG, aby sa minimalizovalo tepelné skreslenie. V puzdre som použil mosadzné úchytky s tepelnou vložkou v hlavnom kryte na 3 mm skrutky. Existujú súbory pre dva držiaky pre senzory-jeden má dva senzory namontované na nohe od seba na prútiku z lucitového plastu s držiakom pre box „posilňovača“I2C s obvodom namontovaným a epoxidovaným vo vnútri. Táto prútik má tiež dva otvory pre 3D tlač, aby vyhovoval možnostiam montáže. Druhé puzdro senzora je jeden puk, do ktorého je zaskrutkovaný jeden zo senzorov a do ktorého je epoxidovo pripevnený výrez na zadnej strane pre „posilňovač“I2C. Všetky sú vytlačené v PETG. Zostávajúce súbory sú malým krytom pre prijímaciu jednotku Lora s malým okienkom pre OLED.

Krok 4: Pripojte ho

Senzory sú zapojené paralelne s vedeniami SDA, SCL, Pos a Gnd, všetky sú spojené do jedného skrúteného kábla so štyrmi vodičmi. I2C zosilňovače sa veľmi ľahko používajú-pripojenie oboch snímačov k vstupným vedeniam a medziľahlého dlhého kábla až do 60 metrov pripojeného k rovnakému typu prijímacej jednotky. Ak idete dlhšie, možno budete musieť vymeniť odpory na doskách. Schémy zapojenia pre ostatné sú uvedené vyššie. Obvod funguje tak, že vypínač zapne/vypne odosielanie energie na Adafruit TPL5111, ktorý je nastavený na 57 ohmov, aby každých 10 minút zmenil svoju hodnotu Enable na maximum-môžete to samozrejme nastaviť na menšiu alebo väčšiu frekvenciu prenosu údajov. Toto ovláda MOSFET na zemi základnej dosky (Lora alebo Arduino 400 GSM). (Zistil som, že dosky ako GSM a ESP32 majú príliš veľký odber energie pre TPL, pokiaľ s nimi nepoužívate MOSFET …) Napájanie senzorov a BMP388 pochádza z hlavnej dosky, keď je zapnutá: 3v. Vyťahovacie odpory sú na zosilňovačoch I2C a nepotrebujete ich pre snímače v tomto obvode. Nabíjacia doska TP4056 funguje skvele s dvoma solárnymi panelmi a pripojenou batériou 18650. Stlačením tlačidla sa jednoducho spojí výstup batérie s malou obrazovkou úrovne nabitia batérie. Dva senzory pripevnené k luciteovej paličke využívajú dve dostupné adresy vrátane adresy BMP388 (0 X 77), takže ak používate dva snímače tlaku vody, musíte BMP s SPI pripojiť k hlavným doskám. Ak používate iba jeden (puk), môžete ho prepojiť s I2C a použiť zostávajúcu dostupnú adresu (0 X 77) pre BMP.

Krok 5: Postavte to

Na zosmiešnenie som použil dosky perf. Hlavná doska TPL, BMP išla na jednu dosku. Spínače boli zaskrutkované na svoje miesto pomocou gumových priechodiek. Doska nabíjačky sa montuje na podperu čelnej dosky ovládania microUSB smerom von. Veža na ochranu pred vodou bola vpredu nalepená a skrutkovací uzáver bol utesnený silikónovým mazivom na závity. Lucitská palička bola vyrezaná z dvoch vrstiev 1/4 plastu so senzormi namontovanými presne jednu stopu od seba. Držiaky otvorov s 3D tlačou boli umiestnené na konce a zosilňovač I2C bol naskrutkovaný v strede, kde boli vytvorené všetky drôtové spojenia. Senzor puku bol vytlačený 3D a posilňovač bol epoxidovaný dovnútra a zapojený k jednému senzoru. V hornej časti jednotky Lora bol vyvŕtaný otvor na umiestnenie antény a v zadnej časti každej jednotky boli otvory na umiestnenie drôtu zo senzorov. K dispozícii je držiak drôtu vytlačený na 3D tlačidle. Potom, čo ho superlepíte na mieste, k nemu priviažte zips. Všetky drôtové spojenia sú tepelne zmenšené a potom natreté tekutou elektrickou páskou na zaistenie bezpečnosti vody.

Krok 6: Naprogramujte si to

V programe toho naozaj veľa nie je. Do značnej miery sa spolieha na knižnice určené pre senzory, ktoré fungujú perfektne, a na zázrak softvéru GSM Blynk pre dosku Arduino, ktorý dokonale zapadá do cloudu Hologram. Zaregistrujte si účet Hologram a získajte od neho SIM kartu, ktorú umiestnite na svoju dosku Arduino 400 GSM. Proces podania ruky je zabezpečený knižnicou Blynk-GSM Arduino. Adafruit napísal knižnicu pre BMP a ja som použil knižnicu SparkFun pre MS5803. Ak chcete, oba poskytujú výstupy teploty z vašich senzorov. Softwarovo upravené kolíky môžu na základnej doske použiť takmer čokoľvek. Použil som rutinu časovača Blynk, aby som omylom nepreťažil aplikáciu Blynk. Musíte si však dávať pozor na množstvo dát, ktoré vložíte cez odkaz GSM-hologram, alebo môžete minúť malý účet-nie príliš-spotreboval asi 3 MB týždenne, čo predstavuje približne 40 centov. Odovzdával som iba tri merania tlaku - 2 z vody a jedno z puzdra (BMP). Poslednou časťou programu je vypnutie TPL zdvihnutím hotového kolíka na jednotku, ktorý hovorí, že údaje boli prenesené. Aplikácia Blynk je ako vždy úžasná a môžete si navrhnúť ľubovoľný druh výstupnej obrazovky, ktorú chcete, a najlepšia časť je možnosť stiahnuť si hromadu údajov e -mailom, kedykoľvek budete chcieť.

Jednotka Lora používa rovnaké knižnice a používa OLED jednotku (vypol som to v softvéri vysielacej jednotky, aby som šetrila energiou) a nastavuje frekvenciu pre vaše konkrétne miesto. Potom zostaví dátový reťazec s oddeľovačmi, ktoré mu umožnia odoslať údaje zo senzorov naraz. Potom aktivuje svoj hotový kolík, aby sa vypol. Prijímacia jednotka rozdelí slovo a odošle informácie do aplikácie Blynk prostredníctvom vždy pripojeného WIFI odkazu. Prijímač je neuveriteľne malý a zasúva sa do nástennej bradavice.

Krok 7: Používanie

Drobná senzorová tvár zachytáva s vysokou presnosťou všetku tlakovú silu, ktorá naň pôsobí, zhora-to zahŕňa všetok tlak vzduchu a vody. Účinkujú teda prerušované zmeny výšky oceánu-ako vlny a zmeny tlaku vzduchu v dôsledku búrok nad oceánom. To je dôvod, prečo je do puzdra zahrnutý snímač barometrického tlaku (uistite sa, že máte niekoľko malých vzduchových otvorov, aby mohol správne čítať). Senzorová tyč s týmito dvoma senzormi je ukotvená v oceáne v hĺbke, kde bude aj pri odlive stále pokrytá vodou. Je ľubovoľné, do akej hĺbky senzory umiestnite, pretože budú merať iba zmenu výšky vodného stĺpca nad absolútnou výškou. Použil som tehlu ako kotvu s pripevneným lanom na pripevnenie senzorovej tyče pár stôp odo dna. K hornému pólu prútika bol pripevnený plavák, ktorý držal senzory v zvislej orientácii od seba. Skrútený dvojlinkový drôt a lano viedli do doku, kde boli uviazané s veľkou prevahou, aby sa zmestili na exkurziu prílivu a odlivu. Vysielacia jednotka GSM bola namontovaná na neďalekom člne. Monitorovanie prebiehalo viac ako mesiac. Tieto dva senzory poskytovali údaje konzistentne oddelené 28 jednotkami, ktoré predstavovali tlakový rozdiel v stope vody v tomto mieste. Barometrický tlak bol odpočítaný z dolných údajov senzora a delený 28, aby sa získal stopový ekvivalent stúpania a klesania hladiny oceánu počas 10 minút. Vyššie uvedený graf poskytuje porovnanie s grafom NOAA pre rovnaké časové obdobie. Skutočný snímač/nohy stúpania a klesania sa kontroloval proti skutočnému pohybu doku a zistilo sa, že je presný na 1/2 palca. Aj napriek vysokému využívaniu energie prenosu GSM každých desať minút solárne panely ľahko držali krok s dopytom v tomto slabom prostredí dažďového pralesa.

Krok 8: Viac

Predchádzajúce použitie týchto senzorov už uvedenými zdrojmi bolo na štúdium výšky vlny. Moje výsledky boli z pokojného prístavu s minimálnou vlnovou aktivitou poháňanou vetrom, ale tieto údaje môžete zachytiť zvýšením vzorkovacej frekvencie a priemerom výsledkov. Systém Lora funguje dobre na vzdialenosti, ktoré by poskytovali sieťovú vlnovú informáciu pre viacero miest pozdĺž pobrežia. To by bolo ideálne pre tých, ktorí sa zaujímajú o surfovanie. Nízke náklady a veľmi malé rozmery týchto nezávislých jednotiek by uľahčili zber informácií z pobrežia. V súčasnosti je zber informácií o prílive veľmi komplikovanou vládnou činnosťou závislou od infraštruktúry, čo sa však môže zmeniť s prijatím alternatívnych zariadení. Blynk je teraz naprogramovaný tak, aby ma upozornil na ďalšie tsunami!