Intelligens bója [Összefoglaló]: 8 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Mindannyian szeretjük a tengerpartot. Kollektívaként nyaralunk oda, hogy élvezzük a vízi sportokat vagy a megélhetésünket. De a tengerpart dinamikus terület a hullámok kegyében. Az emelkedő tengerszint rágcsálja a strandokat és az olyan extrém események, mint a hurrikánok, teljesen megtizedelik őket. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan lehet megmenteni őket, meg kell értenünk a változásukat mozgató erőket.

A kutatás drága, de ha olcsó, hatékony eszközöket hozhat létre, akkor több adatot tud generálni - végső soron javítva a megértést. Ez volt a gondolat a Smart Buoy projektünk mögött. Ebben az összefoglalóban gyorsan bemutatjuk projektünket, és lebontjuk a tervezésre, a gyártásra és az adatok bemutatására. Ó bója, ezt imádni fogod..!

Kellékek

A teljes Smart Buoy építéshez SOK cuccra van szüksége. A megfelelő oktatóanyagban megtaláljuk az építés minden szakaszához szükséges anyagok lebontását, de itt a teljes lista:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Akkumulátor (18650) - Amazon
• Napelemek - Amazon
• Blokkoló diódák - Amazon
• Töltésvezérlő - Amazon
• Buck emlékeztető - Amazon
• GPS modul - Amazon
• GY -86 (gyorsulásmérő, giroszkóp, barométer, iránytű) - Amazon
• Vízhőmérséklet -érzékelő - Amazon
• Teljesítményfigyelő modul - Amazon
• Valós idejű óra modul - Amazon
• Rádiómodulok - Amazon
• i^2c multiplexer modul - Amazon
• 3D nyomtató - Amazon
• PETG szál - Amazon
• Epoxi - Amazon
• Alapozó spray festék - Amazon
• Kötél - Amazon
• Úszók - Amazon
• Ragasztó - Amazon

Az összes használt kód megtalálható a https://gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy oldalon.

1. lépés: Mit csinál?

A Smart Buoy fedélzetén található érzékelők lehetővé teszik a hullámmagasság, a hullámperiódus, a hullám teljesítménye, a víz hőmérséklete, a levegő hőmérséklete, a légnyomás, a feszültség, az áramhasználat és a GPS -hely mérését.

Egy ideális világban a hullámirányt is mérte volna. A Bója által végzett mérések alapján elég közel voltunk ahhoz, hogy olyan megoldást találjunk, amely lehetővé teszi számunkra a hullámirány kiszámítását. Ez azonban meglehetősen bonyolultnak bizonyult, és hatalmas probléma a tényleges kutatói közösségben. Ha van valaki, aki segíthet nekünk, és javasolhat egy hatékony módszert a hullámirány mérésére, kérjük, ossza meg velünk - szeretnénk megérteni, hogyan tudnánk működésbe hozni! A Buoy által gyűjtött összes adatot rádión keresztül eljuttatják egy bázisállomásra, amely egy Raspberry Pi. Készítettünk egy műszerfalat, hogy megjelenítsük őket a Vue JS használatával.

2. lépés: Építés - bójaház

Ez a bója volt talán a legnehezebb dolog, amit eddig kinyomtattunk. Annyi mindent kellett figyelembe venni, mint a tengerben, az elemeknek és a sok napnak kitéve. Erről a Smart Buoy sorozatban később fogunk beszélni.

Röviden: egy közel üreges gömböt nyomtunk két félre. A felső felén nyílások vannak a napelemek számára, és egy lyuk a rádióantenna számára. Az alsó felén lyuk van a hőmérséklet -érzékelő számára, és egy fogantyú a kötélhez.

Miután kinyomtattuk a bóját PETG szál segítségével, csiszoltuk, szórással festettük valamilyen töltőanyag -alapozóval, majd felvittünk pár epoxi réteget.

Miután a héj előkészítése befejeződött, az összes elektronikát behelyeztük, majd ragasztópisztoly segítségével lezártuk a vízhőmérséklet -érzékelőt, a rádióantennát és a napelemeket. Végül lezártuk a két felét StixAll ragasztóval/ragasztóval (szuper repülőgép ragasztó).

És akkor azt reméltük, hogy vízálló …

3. lépés: Építés - bója elektronika

A Bója sok érzékelőt tartalmaz a fedélzeten, és ezeket részletesen bemutatjuk a megfelelő oktatóanyagban. Mivel ez egy összefoglaló, megpróbáljuk ezt az informatív, de rövid tájékoztatást adni!

A bóját egy 18650 -es akkumulátor táplálja, amelyet négy, 5 V -os napelem tölt. Mindazonáltal csak a valós idejű óra működik folyamatosan. A bója a valós idejű óra kimeneti érintkezőjét használja egy tranzisztor vezérlésére, amely lehetővé teszi az áram bejutását a rendszer többi részébe. A rendszer bekapcsolásakor az érzékelők méréseivel kezdődik - beleértve a feszültségértéket a teljesítményfigyelő modulból. A teljesítményfigyelő modul által megadott érték határozza meg, hogy a rendszer mennyi ideig alszik a következő leolvasás előtt. Riasztás van beállítva erre az időre, majd a rendszer kikapcsol!

Maga a rendszer sok érzékelőt és egy Arduino -hoz csatlakoztatott rádiómodult tartalmaz. A GY-86 modul, a RealTimeClock (RTC), a Power Monitor modul és az I2C multiplexer mind kommunikál az Arduino-val az I2C segítségével. Szükségünk volt az I2C multiplexerre, mert a GY-86 és az általunk használt RTC modulnak ugyanaz a címe. A multiplexer modul lehetővé teszi, hogy különösebb gond nélkül kommunikáljon, bár ez kissé túlzás.

A rádiómodul SPI -n keresztül kommunikál.

Eredetileg volt egy SD -kártya modulunk is, de ez annyi fejtörést okozott az SD -könyvtár mérete miatt, hogy úgy döntöttünk, letöröljük.

Nézze meg a kódot. Valószínűleg van néhány kérdése - valószínűleg elhúzódó kételyei is -, és örömmel halljuk őket. A részletes oktatóanyagok kódmagyarázatokat tartalmaznak, így remélhetőleg egy kicsit világosabbá teszik!

Megpróbáltuk logikusan szétválasztani a kódfájlokat, és egy főfájlt használni a felvételükhöz, ami úgy tűnt, hogy elég jól működik.

4. lépés: Build - Bázisállomás elektronika

A bázisállomás Raspberry Pi Zero használatával készül, és rádiómodul van csatlakoztatva. A burkolatot a https://www.thingiverse.com/thing:1595429 címen szereztük be. Szuper vagy, köszönöm szépen!

Ha már futtatja a kódot az Arduino -n, akkor a Listen_to_radio.py kód futtatásával nagyon egyszerű a méréseket a Raspberry Pi -n elérni.

5. lépés: Műszerfal

Ha meg akarjuk mutatni, hogyan készítettük el az egész vonalzást, kicsit Odüsszeia lenne, mert elég hosszú és bonyolult projekt volt. Ha valaki szeretné megtudni, hogyan csináltuk, tudassa velünk - a T3ch Flicks rezidens webfejlesztő örömmel készítene egy oktatóanyagot erről!

Miután ezeket a fájlokat egy Raspberry Pi -re tette, képesnek kell lennie arra, hogy futtassa a szervert, és megtekinthesse az irányítópultot a beérkező adatokkal. Fejlesztési okokból és hogy hogyan nézzen ki a műszerfal, ha jó, rendszeres adatok szolgáltatnák, hozzáadtunk egy hamis adatgenerátort a szerverhez. Futtassa ezt, ha látni szeretné, hogyan néz ki, ha több adat áll rendelkezésre. Ezt egy későbbi oktatóanyagban is részletesen elmagyarázzuk.

(Ne feledje, hogy az összes kódot megtalálhatja a https://github.com/sk-t3ch/smart-buoy oldalon)

6. lépés: 2. verzió ?? - Problémák

Ez a projekt egyáltalán nem tökéletes - szeretjük inkább a koncepció prototípusának/bizonyítékának tekinteni. Bár a prototípus alapvető szinten működik: lebeg, méréseket végez és képes azokat továbbítani, sok mindent megtudtunk, és a második verziónál változtatnánk:

1. A legnagyobb problémánk az volt, hogy nem tudtuk megváltoztatni a Bója kódját a ragasztás után. Ez valóban egy kis mellőzöttség volt, és nagyon hatékonyan megoldható egy gumitömítéssel borított USB -porttal. Ez azonban egy egész más bonyolultságot adott volna a 3D nyomtatási vízszigetelési folyamathoz!
2. Az általunk használt algoritmusok messze nem voltak tökéletesek. A hullámtulajdonságok meghatározására szolgáló módszereink meglehetősen nyersek voltak, és végül sok időnket a matematika olvasásával töltöttük a magnetométer, a gyorsulásmérő és a giroszkóp érzékelői adatainak kombinálására. Ha valaki megérti ezt, és hajlandó segíteni, úgy gondoljuk, hogy sokkal pontosabbá tehetjük ezeket a méréseket.
3. Néhány érzékelő kissé furcsán viselkedett. A vízhőmérséklet -érzékelő volt az, amely különösen kitűnőnek bizonyult - időnként majdnem 10 fokkal elmarad a valós hőmérséklettől. Ennek oka az lehetett, hogy csak rossz érzékelő volt, vagy valami felmelegítette…

7. lépés: 2. verzió ?? - Javítások

Az Arduino jó volt, de mint korábban említettük, memóriaproblémák miatt le kellett selejteznünk az SD kártya modult (amely állítólag az adatok biztonsági mentése volt, ha a rádióüzenetek nem voltak képesek elküldeni). Megváltoztathatjuk egy erősebb mikrokontrollerre, mint például Arduino Mega vagy Teensy, vagy csak használhatunk egy másik Raspberry Pi nullát. Ez azonban növelte volna a költségeket és az energiafogyasztást.

Az általunk használt rádiómodul hatótávolsága pár kilométer, közvetlen rálátással. Azonban egy hipotetikus világban, ahol (nagyon) sok Bóját tudtunk a sziget köré állítani, ilyen hálóhálózatot alakíthattunk volna ki. Nagyon sok lehetőség van az adatok nagy hatótávolságú továbbítására, beleértve a lora, grsm. Ha használhatnánk ezek közül egyet, talán lehetséges lenne a sziget körüli hálóhálózat!

8. lépés: Az intelligens bójunk használata a kutatáshoz

Építettük és indítottuk el a bóját Grenadában, egy kis szigeten a Karib -tenger déli részén. Amíg kint voltunk, beszélgettünk a grenadai kormánnyal, aki azt mondta, hogy az általunk létrehozott intelligens bója hasznos lehet az óceán jellemzőinek mennyiségi mérésében. Az automatizált mérések kiküszöbölnének némi emberi erőfeszítést és emberi hibát, és hasznos kontextust biztosítanának a változó partok megértéséhez. A kormány azt is javasolta, hogy a szélmérések elvégzése is hasznos funkció legyen a céljaikhoz. Fogalmam sincs, hogyan fogjuk ezt megoldani, tehát ha valakinek van ötlete…

Fontos figyelmeztetés, hogy bár ez egy igazán izgalmas időszak a part menti kutatásokhoz, különösen a technikával kapcsolatban, hosszú út áll még előtt, hogy teljes mértékben elfogadható legyen.

Köszönjük, hogy elolvasta a Smart Buoy sorozat összefoglaló blogbejegyzését. Ha még nem tette meg, nézze meg összefoglaló videónkat a YouTube -on.

Iratkozzon fel levelezőlistánkra!

1. rész: Hullám- és hőmérsékletmérés

2. rész: GPS NRF24 rádió és SD kártya

3. rész: Hatalom ütemezése a bójához

4. rész: A bója kihelyezése