WetRuler-ookeani kõrguse mõõtmine: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Teade tuli selle suve alguses, et prints William Soundiks nimetatud ala Alaskal tabab ootamatult globaalse soojenemise algatatud tsunami. Avastuse teinud teadlased osutasid kiiresti taanduva jääpiirkonnale, mis oli jätnud maha prügimäe, mis libises fjordiks ja käivitas 30 -meetrise laine, mis lõpuks tabas Whittieri linna. Seda on juhtunud ka varem, 1964. aasta maavärina ajal, mil raputamine põhjustas ümbritsevates fjordides mitu tsunamit ja laastas rannikut, sealhulgas Whittieri ja Valdezi, mitme surmaga. Kruiisilaevad, mis on viiruse eest juba ettevaatlikud, otsustasid selle piirkonna lähedale mitte minna ja USFS pakkus tagasimakseid kõikidele renditud kajutitele. Nädal hiljem tabas kõiki meie mobiiltelefone tsunamihoiatus! Veealune majakas oli ranniku lähedal avastanud väikese maavärinaga seotud laine. Kõigil piirkondlikel linnadel kästi vee läheduses evakueeruda. Sellest ei saanud midagi. Kuidas neid sündmusi mõõta? Selles juhendis kirjeldatakse väikeste andurite ehitamist, mis suudavad mõõta ookeani kõrgust ja saata andmed kas LORA vastuvõtjale või otse GSM -i. Seadmed on kompaktsed ja tunduvad keskkonnale vastupidavad ning on päikeseenergial töötavad. Olen neid siin katsetanud, et saavutada loodete kõrgusi, kuid neid saab kasutada ka lainekõrguse ja tsunami ennustamiseks.

Samm: koguge oma materjalid kokku

Ma ehitasin kaks saatmisüksust-üks hõlmab GSM-i (mobiiltelefon) üleslaadimist ja teine LORA üleslaadimist. Võite kaaluda ka liidese loomist laupäevaga, kuna paljudel nendel aladel pole mobiiltelefoni leviala. Nende instrumentide keskmes olev andur on MS5803-14BA ning selle kasutamist ja kokkupanemist erinevates stsenaariumides leiate järgmistelt veebisaitidelt: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… ja http:/ /owhl.org. Teine neist näitab suurepäraselt disainitud kauglogijat koos oma kohandatud PCB -ga lainekõrguse pikaajaliseks mõõtmiseks. Tundus, et andurid taluvad vett mitu kuud kuni aasta, sõltuvalt seadistusest.

1. MS5803-14BA-saate need DigiKey'st 13 dollari eest, kuid peate tegema pinna jootmistöid või hankima SparkFunilt eelnevalt valmistatud purunemisplaadi, kuid see maksab teile tagasi 60 dollarit. Kui teete selle ise, vajate selle jootmiseks väikest Adafruit -tahvlit ja mõnda madala temperatuuriga jootmisgeeli (140F), millest leidsin abi. Cavepearlprojectil on suurepärane õpetus nende käsitsi jootmiseks-soovitan hankida Amazonist odava ümbertöötlusjaama 30 dollari eest.

2. LILYGO 2tk TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 dollarit need on LORA kasti jaoks.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-see on suurepärane laud. See töötab suurepäraselt Hologram simiga. Kahjuks ei õnnestunud mul nende Arduino Simit nende uue teenusega tööle panna, hoolimata mitmest katsest. Kui teil on endiselt juurdepääs 2GM -teenusele, võite osta midagi odavamat, kuid see ebaõnnestus Alaskal täielikult.

4. Päikesepatareid Uxcell 2tk 6V 180mA polü mini päikesepaneelide moodul DIY kergete mänguasjade laadija jaoks 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 aku 4 dollarit

6. TP4056-laadija 1 dollar

7. Lülitage vastupidavast metallist sisse/välja lüliti rohelise LED -rõngaga - 16 mm roheline sisse/välja $ 5

8. Icstation 1S 3.7V liitium -ioon aku pingetesti indikaator 4 sektsiooni sinine LED -ekraan 2 dollarit

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-särav väike ajastusseade 6,00 dollarit

10. N -kanaliga toide MOSFET - 30V / 60A 1,75 $

11. Diferentsiaal I2C pika kaabli pikendaja PCA9600 moodul SandboxElectronics X2 -lt (igaüks 18 dollarit) - kirjanduses on mainitud edu I2C pikkade kaablitega, kuid igapäevase 25 -meetrise tõusulainega Alaskal on vaja pikki kaableid … oh jah, mõnda kaablit.. Kasutasin suure kastiga 23 g 4 keerdpaarikaablit, mis sobivad õues kasutamiseks.

12. Adafruit BMP388 - täpne õhurõhk ja kõrgusemõõtja 10 dollarit

2. samm: ehitage andurid

Andurid tuleb pinnale joodetud väikesteks trükkplaatideks. Kaks eelmist tööd annavad teile näpunäiteid selle kohta, kuidas seda teha. Ostsin Digikeyst nii andurid kui ka pisikesed lauad. Kasutage Adafruit'i madalatemperatuurilist jootet ja tupsutage tahvlile asetades anduri jalgade kõrval kõige väiksem kogus. Kasutage ümbertöödeldud puhurit, et see oma kohale sulatada. Mul ei õnnestunud seda käsitsi jootmise seadistusega hästi teha ja lõpetasin mõned padjad lühikeseks. Ülejäänud juhtmestik, kui kontrollite oma juhtmeid õigesti, on lihtne-panna väike kondensaator (0,1 n) toite- ja maandusjuhtmete vahele ning tõsta CS- ja PSB-juhtmed Tere, et käivitada I2C ja juhtida anduri aadressi. (Vaata joonist) Lo jaoks on teil kaks valikut: 0 X 76 Tere ja 0 X 77. Ma kasutasin mõlemat andurivarda moodustamiseks, andurid asetati ühe jala kaugusele, et anda rõhu erinevus, olenemata teie mõõtmistest. Kujundasin andurile 3D -trükitud korpuse, mis võimaldab selle täielikult kapseldada läbipaistvasse epoksüüdi. Koonusekinnituse suu sobib ideaalselt anduri pisikese roostevaba kaelaga ja suletud paigutus on saavutatud väikese superliimirõngaga, mis hoiab seda asendis ja sulgeb selle epoksükapseldamiseks.

3. samm: oma eluaseme 3D -printimine

GSM -i ja Lora kaks peamist korpust on päikesepaneelide külgpaneelidega. Ainus Lora modifikatsioon oli ülaosas asuv antenni auk, mis tuleb puurida sõltuvalt teie seadme läbimõõdust. GSM -antenn sobib teise kasti sisse. Juhtpaneel on ühesugune aukude jaoks ON/OFF ja nupuvajutusega, et aku taseme ekraan sisse lülitada. Jalad trükitakse eraldi ja liimitakse nurkades olevatele korpustele ning pakuvad erinevaid kinnitusvõimalusi. Väike torn ja keeratav kork on liimitud microUSB -kinnituse ava ümber, et kaitsta seda vee sissetungi eest. Seade on põhimõtteliselt väga veekindel ja trükitud PETG-vormingus, et minimeerida kuumuse moonutamist. Kasutasin korpuses 3 mm kruvide jaoks peamise korpuse soojendusega messingist kruvikinnitusi. Andurite jaoks on faile kahe kinnituse jaoks-ühel on kaks andurit, mis on jalaga eraldatud luciitplastist pulga külge ja kinnitusega I2C "võimenduskarbi" jaoks, mille ahel on paigaldatud ja epokseeritud seestpoolt. Sellel võlukepil on ka kaks 3D -trükitud auku, et mahutada paigaldusvõimalusi. Teine anduri korpus on üks nipp, millesse on sisse keeratud üks anduritest ja mille tagaküljel on väljalõige I2C "võimendi" jaoks. Kõik need trükitakse PETG -vormingus. Ülejäänud failid on Lora vastuvõtja pisike korpus koos väikese aknaga OLED -i jaoks.

4. samm: ühendage see juhtmega

Andurid on ühendatud paralleelselt SDA liinidega, SCL liinid, Pos ja Gnd on ühendatud nelja keermega kaabliks. I2C võimendeid on väga lihtne kasutada-kinnitage mõlemad andurid sisendliinidele ja vahepealne pikk kuni 60 meetri pikkune kaabel sama tüüpi vastuvõtuseadme külge. Kui te lähete pikemaks, peate võib -olla plaatide tõmbetakistused vahetama. Ülejäänud ühendusskeemid on ülal. Vooluahel töötab sisse/välja lülitiga, mis saadab voolu Adafruit TPL5111-le, mis on seatud 57 oomi, et lülitada oma lubamine sisse iga 10 minuti järel-loomulikult saate seda reguleerida nii, et andmeedastussagedus oleks väiksem või suurem. See juhib emaplaadi maapinnal asuvat MOSFET -i (kas Lora või Arduino 400 GSM). (Olen leidnud, et tahvlitel nagu GSM ja ESP32 on TPL -i jaoks liiga suur voolutarve, kui te ei kasuta nendega MOSFET -i …) Andurite ja BMP388 toide saadakse põhiplaadilt, kui see on sisse lülitatud: 3v. Tõmbetakistid on I2C võimenditel ja te ei vaja neid selle vooluahela andurite jaoks. Laadimisplaat TP4056 töötab suurepäraselt koos kahe päikesepaneeli ja 18650 akuga. Nupp lihtsalt ühendab aku väljundi väikese aku taseme ekraaniga. Lutsiitpulga külge kinnitatud kaks andurit kasutavad kahte olemasolevat aadressi, sealhulgas BMP388 aadressi (0 X 77), nii et kui ühendate kahte veesurveandurit, peate ühendama BMP koos SPI -ga põhiplaatidega. Kui kasutate ainult ühte (litrit), saate selle ühendada I2C -ga ja kasutada BMP jaoks ülejäänud saadaolevat aadressi (0 X 77).

Samm: ehitage see üles

Kasutasin kõikide pilkamiseks perflaudu. Põhiplaat TPL, BMP läksid kõik ühele lauale. Lülitid kruviti oma kummist tihenditega kohale. Laadimisplaat kinnitatakse juhtpinna plaadi tugijalale nii, et microUSB on väljapoole suunatud. Veekaitsetorn liimiti esiküljele ja keeratav kork suleti keermetele mõne ränimäärdega. Lutsitiit lõigati välja kahest 1/4 plastkihist, andurid olid paigaldatud täpselt ühe jala kaugusele. 3D -prinditud aukude kinnitused asetati otstesse ja I2C võimendi kruviti keskele, kus kõik juhtmeühendused tehti. Kettaandur trükiti 3D -vormingus ja võimendi epokseeriti seestpoolt ja ühendati ühe anduriga. Lora seadme ülaossa puuriti auk antenni paigutamiseks ja iga seadme tagaküljele paigutati augud, et mahutada traati anduritelt. Komplekti kuulub 3D trükitud traadi hoidmine. Pärast selle üleliimimist kinnitage traat selle külge tõmblukuga. Kõik juhtmeühendused on meresoojuse kokkutõmbunud ja seejärel värvitud vee turvalisuse tagamiseks vedela elektrilindiga.

Samm: programmeerige see

Programmis pole tõesti palju. See tugineb suuresti anduritele ette nähtud teekidele-mis töötavad ideaalselt-ja GSM Blynk tarkvara imele Arduino plaadile, mis sobib ideaalselt Hologrammi pilvega. Registreeruge Hologrammi kontole ja hankige neilt SIM -kaart, mis paigutatakse teie Arduino 400 GSM -tahvlile. Käepigistusprotsessi haldab Blynk-GSM Arduino raamatukogu. Adafruit kirjutas BMP raamatukogu ja mina kasutasin MS5803 jaoks SparkFuni raamatukogu. Mõlemad varustavad teie andurid temperatuuri väljunditega, kui soovite. Tarkvaraga kohandatud tihvtid võivad kasutada peaaegu kõike emaplaadil. Kasutasin Blynk taimeri rutiini, et mitte kogemata Blynk äppi üle koormata. Loomulikult peate olema ettevaatlik GSM-hologrammi lingi kaudu edastatud andmemahuga või võite koguda väikese arve-mitte liiga palju-see kasutas umbes 3 MB nädalas, mis ulatub umbes 40 senti. Laadisin üles ainult kolm rõhumõõtmist - kaks veealust ja üks korpusest (BMP). Programmi viimane osa on TPL väljalülitamine, tõstes HI -le seadme valmis tihvti, mis ütleb, et andmed edastati. Rakendus Blynk on imeline nagu alati ja saate kujundada soovitud väljundekraani ning parim osa on võimalus oma andmehunnik e -posti teel igal ajal alla laadida.

Lora -seade kasutab samu teeke ja kasutab OLED -seadet (lülitasin selle energia säästmiseks saatjaseadme tarkvaras välja) ning määrab teie asukoha sageduse. Seejärel koostab see eraldajatega andmestringi, mis võimaldab teil saata teie anduri näidud ühe korraga. Seejärel aktiveerib see sulgemiseks oma valmis tihvti. Vastuvõtja lõhub sõna ja saadab teabe Blynk -i rakendusele alati WIFI -lingi kaudu. Vastuvõtja on uskumatult väike ja ühendatakse seina tüügastega.

7. samm: selle kasutamine

Pisike anduri nägu võtab suure täpsusega vastu kogu sellele avaldatava survejõu ülalt-see hõlmab kogu õhu- ja veesurvet. Nii mõjutavad seda vahelduvad ookeani kõrguse muutused-nagu lained ja ookeani kohal asuvate tormide õhurõhu muutused. See on põhjus, miks õhukese rõhu andur korpusesse lisada (veenduge, et teil oleks paar väikest õhuava, et see saaks õigesti lugeda). Andurivarda koos kahe anduriga on ankrus ookeanis sügavusel, kus see jääb isegi mõõna ajal veega kaetud. Andurite paigutamise sügavus on meelevaldne, kuna need mõõdavad ainult veesamba kõrguse muutust, mitte absoluutset kõrgust. Kasutasin ankruna tellist, mille külge oli kinnitatud tross, et paigaldada andurikepp paari jala kaugusele alt. Varda ülemise pooluse külge kinnitati ujuk, et hoida andureid jalas vertikaalselt. Keerutatud paaristraat ja köis viisid dokini, kus need loodete ekskursiooni mahutamiseks palju lõtku sidusid. GSM -saatja oli paigaldatud lähedal asuvale paadile. Järelevalve toimus üle kuu aja. Mõlemad andurid andsid näiteid järjepidevalt eraldatud 28 ühikuga, mis esindasid rõhu erinevust veejalas selles kohas. Baromeetriline rõhk lahutati alumistest andurite andmetest ja jagati 28 -ga, et saada jala ekvivalent ookeani pinna tõusust ja langusest 10 minuti jooksul. Ülaltoodud diagramm annab võrdluse NOAA graafikuga sama kuupäeva kohta. Tegelikku tõusu- ja langusandurit/jalgu kontrolliti doki tegeliku liikumise suhtes ja leiti, et see on 1/2 tolli täpsusega. Isegi kui iga kümne minuti järel saadavad GSM -saatjad palju energiat, pidasid päikesepaneelid selles hämaras vihmametsakeskkonnas kergesti nõudlusega sammu.

8. samm: rohkem

Nende andurite varasemad kasutused juba mainitud allikate poolt olid lainekõrguse uurimiseks. Minu tulemused olid rahulikust sadamast, kus tuulest tingitud laine oli minimaalne, kuid saate neid andmeid koguda, suurendades proovide võtmise sagedust ja võttes tulemuste jooksvaid keskmisi. Lora süsteem töötab hästi kaugustel, mis pakuksid laineinfo võrgusilma võrku mitme rannikuala jaoks. See oleks ideaalne neile, kes on huvitatud surfitegevusest. Nende sõltumatute üksuste madal hind ja väga väike suurus muudaksid rannikuäärse teabe koondamise lihtsaks ülesandeks. Praegu on loodeteabe kogumine väga keeruline ja infrastruktuurist sõltuv valitsuse tegevus, kuid alternatiivsete seadmete kasutuselevõtuga võib see muutuda. Blynk on nüüd programmeeritud teatama mulle järgmisest tsunamist!