WetRuler-Óceánmagasság mérése: 8 lépés (képekkel)

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

A nyár elején jelentették be, hogy Alaszkában a William Sound hercegnek nevezett területet váratlanul érinti a globális felmelegedés által indított szökőár. A felfedezést végző tudósok rámutattak a gyorsan visszahúzódó jég területére, amely egy törmelékhegyet hagyott maga után, amely fjordba csúszik, és 30 láb hosszú hullámot indít el, amely végül Whittier városát érinti. Ez történt már korábban is, az 1964 -es földrengés során, amikor a rázás több szökőárat okozott a környező fjordokban, és többszörös halálesetekkel pusztított a parton, beleértve Whittiert és Valdezt is. A vírustól már óvakodó tengerjáró hajók úgy döntöttek, hogy nem mennek a terület közelébe, és az USFS visszatérített minden bérelt kabinot. Egy héttel később szökőár -figyelmeztetés érte minden mobiltelefonunkat! Egy víz alatti jelzőfény észlelt egy hullámot, amely egy kis földrengéshez kapcsolódik a parton. Valamennyi regionális városnak azt mondták, hogy menjenek ki, ha víz közelében vannak. Semmi lett. Hogyan méri ezeket az eseményeket? Ez az utasítás részletesen bemutatja az apró érzékelők felépítését, amelyek képesek mérni az óceán magasságát, és el tudják küldeni az adatokat egy LORA vevőre vagy közvetlenül a GSM -re. Az egységek kompaktak, és ellenállnak a környezetüknek, és napelemmel működnek. Itt teszteltem őket reprodukálható dagálymagasságok elérése érdekében, de használhatók hullámmagasságra és szökőár előrejelzésére is.

Lépés: Gyűjtse össze anyagait

Két küldőegységet építettem fel-az egyik GSM (mobiltelefon) feltöltést tartalmaz, a másik pedig LORA feltöltést. Fontolóra veheti az összekapcsolást szombatjelzővel is, mivel ezek közül a területek közül sok nem rendelkezik mobiltelefon lefedettséggel. Ezeknek a műszereknek a középpontjában az érzékelő az MS5803-14BA, és használata és összeállítása különböző forgatókönyvekben megtalálható ezeken a webhelyeken: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… és http:/ /owhl.org. Ezek közül a második egy ragyogóan tervezett távoli naplózót mutat be, saját egyedi PCB -vel a hullámmagasság hosszú távú mérésére. Úgy tűnt, hogy az érzékelők hónapoktól egy évig tűrik a vizet, a beállítástól függően.

1. MS5803-14BA-ezeket beszerezheti a DigiKey-től 13 dollárért, de el kell végeznie néhány felületi forrasztási munkát, vagy meg kell szereznie egy előre elkészített törőlapot a SparkFun-tól, de ez 60 dollárt visszafizet. Ha barkácsol, szüksége lesz egy kis Adafruit táblára a forrasztáshoz, és néhány alacsony hőmérsékletű forrasztógélre (140F), amelyeket hasznosnak találtam. A cavepearlproject remek oktatóanyaggal rendelkezik ezek kézi forrasztásáról-javaslom, hogy szerezzen be egy olcsó átdolgozó állomást az Amazon-tól 30 dollárért.

2. LILYGO 2db TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-$ 27 ezek a LORA dobozra vonatkoznak.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-ez egy nagyszerű tábla. Tökéletesen működik a Hologram sim -el. Sajnos a többszöri próbálkozás ellenére sem tudtam rávenni az Arduino Sim -jüket az új szolgáltatásukra. Ha továbbra is hozzáfér a 2GM szolgáltatáshoz, akkor olcsóbbat vásárolhat, de ez Alaszkában teljesen kudarcot vallott.

4. Napelemek Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini napelem modul DIY könnyű játékokhoz töltő 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 Akkumulátor 4 dollár

6. TP4056-töltő 1 dollár

7. Kapcsoló Robusztus fém be/ki kapcsoló zöld LED gyűrűvel - 16 mm zöld be/ki $ 5

8. Icstation 1S 3.7V lítium -ion akkumulátor feszültségmérő kijelző 4 szakasz kék LED kijelző $ 2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-ragyogó kis időzítő eszköz 6,00 USD

10. N -csatornás teljesítmény MOSFET - 30V / 60A $ 1.75

11. Differenciál I2C hosszú kábelhosszabbító PCA9600 modul a SandboxElectronics X2 -től (egyenként 18 dollár) - az irodalomban említésre méltó siker az I2C hosszú kábeleivel, de Alaszkában napi 25 méteres dagály esetén hosszú kábelekre van szükség … oh igen, néhány kábel. Nagyméretű, 23 g -os, 4 csavart érpárú, külső használatra alkalmas kábelt használtam.

12. Adafruit BMP388 - Precíziós légnyomás és magasságmérő $ 10

2. lépés: Építse fel az érzékelőket

Az érzékelőket felületre kell forrasztani kis PCB -khez. A két korábbi munka ad néhány tippet, hogyan kell csinálni. Mind az érzékelőket, mind az apró táblákat a Digikeytől vettem. Használja az Adafruit alacsony hőmérsékletű forrasztóanyagát, és csak a legapróbb mennyiséget dörzsölje az érzékelő lábához, amikor a táblára helyezi. Használjon átdolgozott fúvót, hogy a helyére olvadjon. Ezt nem sikerült jól elvégeznem a kézi forrasztási beállításommal, és végül rövidre zárhattam néhány betétet. A vezetékek többi része egyszerű, ha megfelelően megvizsgálja a vezetékeket-egy kis kondenzátor (0,1 n) elhelyezése a táp- és földvezetékek között, valamint a CS és PSB vezetékek felemelése az I2C elindításához és az érzékelő címének vezérléséhez. (Lásd a rajzot) Két lehetőség közül választhat: 0 X 76 Hi és 0 X 77 Lo. Mindkettőt egy érzékelő pálca kialakítására használtam, az érzékelőket egy láb távolságra helyeztem el, hogy megadjam a mért nyomáskülönbséget. Az érzékelőhöz 3D nyomtatott házat terveztem, amely lehetővé teszi, hogy teljesen átlátszó epoxiba ágyazódjon. A kúpos rögzítő szája tökéletesen illeszkedik az érzékelő apró rozsdamentes nyakához, és a lezárt elhelyezést egy apró szuperragasztó gyűrűvel hajtják végre, amely a helyén tartja és lezárja az epoxi kapszulázáshoz.

3. lépés: Ház 3D nyomtatása

A GSM és a Lora két fő háza azonos a napelemek oldalsó panelbetéteivel. A Lora egyetlen modja a tetején lévő antennalyuk volt, amelyet az egység átmérőjétől függően ki kell fúrni. A GSM antenna illeszkedik a másik dobozba. A kezelőpanel mindegyike azonos a BE/KI nyílásokkal és az akkumulátor töltöttségi szintjének bekapcsolásához használható nyomógombbal. A lábak külön vannak nyomtatva, és a sarkoknál ragasztva vannak a tokokhoz, és különféle rögzítési lehetőségeket kínálnak. A kis torony és a csavaros kupak a microUSB tartó nyílásához van ragasztva, hogy megvédje a víz behatolásától. Az egység alapvetően nagyon vízálló, és PETG nyomtatással rendelkezik, hogy minimálisra csökkentse a hő torzulását. A házban lévő hőszigetelt sárgaréz csavarzatokat használtam a 3 mm -es csavarokhoz. Az érzékelők két rögzítésére szolgáló reszelő van-az egyikben két érzékelő található, amelyeket egy láb távolságra szerelnek fel egy lucit műanyag pálcára, az I2C "emlékeztető" doboz rögzítőjével, és az áramkört belül rögzítik és epoxizálják. Ez a pálca két 3D nyomtatott lyukkal is rendelkezik a szerelési lehetőségeknek megfelelően. A másik érzékelőház egyetlen korong, amelybe az egyik érzékelő be van csavarva, és a hátulján lévő kivágás az I2C "emlékeztető" -hez epoxálva. Mindezek PETG -ben vannak nyomtatva. A fennmaradó fájlok a Lora vevőegység apró háza, kis ablakokkal az OLED számára.

4. lépés: Csatlakoztassa

Az érzékelők párhuzamosan vannak kötve az SDA vezetékekkel, az SCL vonalakkal, a Pos és a Gnd egy csavart kábellel, négy vezetővel. Az I2C erősítők nagyon egyszerűen használhatók-mindkét érzékelőt a bemeneti vezetékekhez és a közbenső hosszú, akár 60 méteres kábelt is rögzíthetik ugyanazon típusú vevőegységhez. Ha tovább megy, előfordulhat, hogy ki kell cserélnie a táblák felhúzó ellenállásait. A többi kapcsolási rajza fent található. Az áramkör úgy működik, hogy a be/ki kapcsoló áramot küld az Adafruit TPL5111 készülékre, amely 57 ohmra van beállítva, hogy 10 percenként kapcsolja be az Engedélyezést-természetesen ezt kisebb vagy több adatátviteli frekvenciára is beállíthatja. Ez vezérli a MOSFET -et az alaplap földjén (Lora vagy Arduino 400 GSM). (Találtam olyan táblákat, mint a GSM és az ESP32, túl nagy áramfelvétellel a TPL -hez, hacsak nem használunk velük MOSFET -et …) Az érzékelők és a BMP388 tápellátása az alaplapról érkezik, amikor be van kapcsolva: 3v. A felhúzó ellenállások az I2C erősítőkön vannak, és nincs szükség rájuk az áramkör érzékelőihez. A TP4056 töltőkártya remekül működik a két napelemmel és a csatlakoztatott 18650 akkumulátorral. A nyomógomb csak az akkumulátor kimenetét köti össze a kis akkumulátor töltöttségi szint képernyőjével. A lucite pálcához csatlakoztatott két érzékelő a két rendelkezésre álló címet használja fel, beleértve a BMP388 címét (0 X 77), így ha két víznyomás -érzékelőt használ, akkor össze kell kapcsolnia a BMP -t SPI -vel az alaplapokkal. Ha csak egyet (a korongot) használ, akkor összekapcsolhatja azt az I2C -vel, és felhasználhatja a fennmaradó elérhető címet (0 X 77) a BMP -hez.

5. lépés: Építsd fel

Perf táblákat használtam, hogy mindent kigúnyoljak. Az alaplap TPL, BMP egy táblára ment. A kapcsolókat gumi tömítésekkel a helyükre csavarták. A töltőkártya a vezérlő előlapjának kitámasztóra szerelhető, a microUSB kifelé. A vízvédő tornyot elöl felragasztották, és a csavaros kupakot szilikonzsírral lezárták a meneteken. A lucitpálcát két réteg 1/4 műanyagból vágták ki, az érzékelőket pontosan egy láb távolságra. A 3D nyomtatott lyukakat a végükre helyeztük, és az I2C emlékeztetőt középre csavaroztuk, ahol az összes huzalcsatlakozás elkészült. A korongérzékelőt 3D -ben kinyomtatták, és az emlékeztetőt epoxírozták belül, és bekötötték az egyik érzékelőbe. A Lora egység tetején lyukat fúrtak az antenna elhelyezésére, és lyukakat helyeztek az egyes egységek hátuljába, hogy el lehessen helyezni az érzékelők vezetékeit. A 3D nyomtatott huzal rögzítése biztosított. Zip kötje rá a vezetéket, miután a helyére ragasztotta. Minden vezetékcsatlakozás tengeri hőre zsugorodott, majd folyékony elektromos szalaggal festették a vízbiztonság érdekében.

6. lépés: Programozza be

Tényleg nem sok van a programban. Nagy mértékben támaszkodik az érzékelők számára biztosított könyvtárakra, amelyek tökéletesen működnek, és a GSM Blynk szoftver csodájára az Arduino táblához, amely tökéletesen illeszkedik a Hologram felhőhöz. Iratkozzon fel egy Hologram -fiókra, és szerezzen be tőlük egy SIM -kártyát, hogy helyezze el az Arduino 400 GSM táblájába. A kézfogási folyamatot a Blynk-GSM Arduino könyvtár kezeli. Az Adafruit írta a könyvtárat a BMP -hez, én pedig a SparkFun könyvtárat az MS5803 -hoz. Ha akarja, mindkettő hőmérséklet -kimenetet biztosít az érzékelőkről. A szoftveresen beállított csapok szinte mindent használhatnak az alaplapon. A Blynk időzítő rutinját használtam, hogy ne terheljem túl véletlenül a Blynk alkalmazást. Természetesen óvatosnak kell lennie a GSM-Hologram linken keresztül feltöltött adatmennyiséggel, különben kis számlát is kifizethet-nem túl sokat-heti 3 MB-ot használt, ami körülbelül 40 centet tesz ki. Csak a három nyomásmérést töltöttem fel - 2 víz alatti és egy a tokból (BMP). A program utolsó része a TPL kikapcsolása azáltal, hogy HI -re emeli a készüléken lévő kész pin -t, amely azt mondja, hogy az adatokat továbbították. A Blynk alkalmazás csodálatos, mint mindig, és bármilyen kimeneti képernyőt megtervezhet, és a legjobb az, hogy bármikor letöltheti az adathalmazt e -mailben.

A Lora egység ugyanazokat a könyvtárakat használja, és OLED egységet használ (ezt az energiatakarékosság érdekében a feladóegység szoftverében kapcsoltam ki), és beállítja a frekvenciát az adott helyen. Ezután felépít egy adatláncot elválasztókkal, amelyek lehetővé teszik, hogy egy felvételben elküldje az érzékelő leolvasásait. Ezután aktiválja a kész pin -t a leállításhoz. A vevőegység felbontja a szót, és elküldi az információkat a Blynk alkalmazásnak egy mindig WIFI linken keresztül. A vevőkészülék hihetetlenül kicsi, és egy fali szemölcshöz csatlakoztatható.

7. lépés: Használata

Az apró érzékelőlap nagy pontossággal felveszi az összes nyomóerőt felülről-ez magában foglalja az összes levegő- és víznyomást. Tehát az óceánmagasság időszakos változásai-mint a hullámok és az óceán feletti viharok légnyomásváltozásai-mind hatással vannak rá. Ez az oka annak, hogy a barometrikus nyomásérzékelőt beillesztette a tokba (győződjön meg róla, hogy rendelkezik néhány apró légnyílással, hogy megfelelően le tudja olvasni). Az érzékelő pálca a két érzékelővel az óceánban van rögzítve olyan mélységben, ahol még apálykor is víz borítja. Önkényes, hogy milyen mélységbe helyezi az érzékelőket, mivel ezek csak a vízoszlop magasságának változását mérik, nem az abszolút magasságot. Téglát használtam horgonyként, kötéllel rögzítve az érzékelőpálcát néhány lábnyira az aljától. A pálca felső pólusához úszót erősítettek, hogy az érzékelőket függőleges helyzetben egymástól távol tartsák. A sodrott érpár és a kötél egy dokkolóhoz vezetett, ahol sok lazasággal kötötték le őket, hogy befogadják az árapályt. A GSM adóegységet egy közeli hajóra szerelték fel. Az ellenőrzés több mint egy hónapig történt. A két érzékelő 28 egységgel következetesen elválasztott értékeket adott, amelyek az adott helyen lévő vízláb nyomáskülönbségét jelentették. A légköri nyomást levonták az alsó szenzor adataiból, és elosztották 28 -mal, hogy lábbal egyenértékű legyen az óceán felszínének emelkedése és süllyedése 10 perc alatt. A fenti diagram összehasonlítja a NOAA diagramot ugyanazzal a dátummal. A tényleges emelkedési és süllyedési érzékelőt/lábakat ellenőriztük a dokkoló tényleges mozgásával, és 1/2 hüvelyk pontosságúnak találtuk. A napelemek még a nagy energiafelhasználás mellett is tíz percenként továbbítják a keresletet ebben a gyenge esőerdő környezetben.

8. lépés: Továbbiak

Ezeknek az érzékelőknek a már említett forrásokból származó korábbi felhasználása a hullámmagasság tanulmányozására irányult. Az eredményeim egy nyugodt kikötőből származtak, minimális szélvezérelt hullámtevékenységgel, de ezeket az adatokat rögzítheti a mintavételi gyakoriság növelésével és az eredmények gördülő átlagaival. A Lora rendszer jól működik olyan távolságokon is, amelyek hálóhullámú hulláminformációs hálózatot biztosítanak a tengerpart több pontján. Ez ideális azok számára, akik érdeklődnek a szörfözés iránt. Ezeknek a független egységeknek az alacsony költsége és nagyon kis mérete megkönnyíti a part menti információk kiszűrését. A dagályos információgyűjtés jelenleg nagyon bonyolult és infrastruktúra -függő kormányzati tevékenység, de ez változhat az alternatív eszközök bevezetésével. Blynk most úgy van programozva, hogy értesítsen a következő szökőárról!