Интелигентна шамандура [Резюме]: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Всички обичаме морския бряг. Като колектив се събираме в него за празници, за да се наслаждаваме на водни спортове или да си изкарваме прехраната. Но крайбрежието е динамична зона, която е на милостта на вълните. Повишаването на морското равнище похапва плажове и мощни екстремни събития като урагани ги унищожават напълно. За да разберем как да ги спасим, трябва да разберем силите, движещи тяхната промяна.

Изследванията са скъпи, но ако можете да създадете евтини, ефективни инструменти, бихте могли да генерирате повече данни - в крайна сметка подобрявайки разбирането. Това беше мисленето зад нашия проект Smart Buoy. В това резюме ние ви предоставяме бърз преглед на нашия проект и го разделяме на дизайн, марка и представяне на данни. О, буй, ще ти хареса това..!

Консумативи

За пълното изграждане на Smart Buoy се нуждаете от МНОГО неща. Ще имаме разбивката на конкретни материали, необходими за всеки етап от изграждането, в съответния урок, но ето пълния списък:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Батерия (18650) - Amazon
• Слънчеви панели - Amazon
• Блокиране на диоди - Amazon
• Контролер за зареждане - Amazon
• Букс бустер - Amazon
• GPS модул - Amazon
• GY -86 (акселерометър, жироскоп, барометър, компас) - Amazon
• Сензор за температура на водата - Amazon
• Модул за мониторинг на захранването - Amazon
• Модул за часовник в реално време - Amazon
• Радиомодули - Amazon
• i^2c мултиплексорен модул - Amazon
• 3D принтер - Amazon
• PETG нишка - Amazon
• Епоксидна смола - Amazon
• Грунд спрей боя - Amazon
• Въже - Amazon
• Поплавъци - Amazon
• Лепило - Amazon

Целият използван код може да бъде намерен на

Стъпка 1: Какво прави?

Сензорите на борда на Smart Buoy му позволяват да измерва: височина на вълната, период на вълна, мощност на вълната, температура на водата, температура на въздуха, налягане на въздуха, напрежение, използване на ток и GPS местоположение.

В един идеален свят той също би измерил посоката на вълната. Въз основа на измерванията, извършени от Буя, бяхме доста близо до намирането на решение, което да ни позволи да изчислим посоката на вълната. Оказа се обаче доста сложно и това е огромен проблем в реалната изследователска общност. Ако има някой, който може да ни помогне и да предложи ефективен начин за измерване на посоката на вълната, моля, уведомете ни - бихме искали да разберем как можем да го накараме да работи! Всички данни, които Buoy събира, се изпращат по радио към базова станция, която е Raspberry Pi. Направихме табло за показване с Vue JS.

Стъпка 2: Изграждане - корпус на буй

Този буй е може би най -трудното нещо, което сме отпечатали досега. Имаше толкова много неща, които трябва да се вземат предвид, тъй като щеше да бъде в морето, изложено на атмосферните влияния и много слънце. Ще говорим повече за това по -късно в поредицата Smart Buoy.

Накратко: отпечатахме почти куха сфера на две половини. Горната половина има слотове за слънчеви панели и отвор за преминаване на радио антена. Долната половина има отвор за преминаване на температурния сензор и дръжка за въже, към което да се върже.

След отпечатването на шамандурата с нажежаема жичка PETG, ние я шлайфаме, боядисваме с пръскащ грунд и след това нанасяме няколко слоя епоксид.

След като подготовката на корпуса приключи, поставихме цялата електроника вътре и след това запечатахме сензора за температурата на водата, радиоефирните и слънчевите панели с помощта на пистолет за лепило. Накрая запечатахме двете половини с лепило/лепило StixAll (супер самолетно лепило).

И тогава се надявахме да е водоустойчив …

Стъпка 3: Изграждане - Буонова електроника

Buoy има много сензори на борда и ние ще разгледаме подробно за тях в съответния урок. Тъй като това е обобщение, ще се опитаме да запазим информативността, но кратка!

Buoy се захранва от батерия 18650, която се зарежда от четири, 5V слънчеви панели. Само часовникът в реално време обаче се захранва постоянно. Буята използва изходния щифт на часовника в реално време за управление на транзистор, позволяващ захранването да влезе в останалата част от системата. Когато системата е включена, тя започва с получаване на измервания от сензорите - включително стойност на напрежението от модула за мониторинг на захранването. Стойността, дадена от модула за мониторинг на захранването, определя колко дълго системата спи, преди да вземе следващия набор от показания. За това време е зададена аларма, след което системата се изключва сама!

Самата система представлява много сензори и радиомодул, свързани към Arduino. Модулът GY-86, RealTimeClock (RTC), модул Power Monitor и I2C мултиплексор комуникират с Arduino, използвайки I2C. Имахме нужда от мултиплекс I2C, тъй като GY-86 и RTC модулът, който използвахме, имат един и същ адрес. Мултиплексният модул ви позволява да общувате без допълнителни проблеми, въпреки че може да е малко прекалено.

Радиомодулът комуникира чрез SPI.

Първоначално ние също имахме модул за SD карта, но това предизвика толкова много главоболия поради размера на SD библиотеката, че решихме да я премахнем.

Разгледайте кода. Вероятно имате някои въпроси - вероятно и продължителни съмнения - и ще се радваме да ги чуем. Задълбочените уроци включват обяснения на кода, така че се надяваме, че ще го направят малко по-ясен!

Опитахме се да разделим логически кодовите файлове и да използваме основен файл, за да ги включим, което изглежда работи доста добре.

Стъпка 4: Изграждане - Електроника на базовата станция

Базовата станция е направена с помощта на Raspberry Pi Zero с прикрепен радиомодул. Взехме корпуса от https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Страхотни сте, много благодаря!

След като стартирате кода на Arduino, е доста лесно да получите измерванията на Raspberry Pi, като стартирате кода listen_to_radio.py.

Стъпка 5: Табло за управление

Да ви покажа как направихме цялото тире би било малко като Одисея, защото беше доста дълъг и сложен проект. Ако някой иска да знае как го направихме, нека го уведоми - уеб разработчикът на T3ch Flicks ще се радва да направи урок по този въпрос!

След като поставите тези файлове на Raspberry Pi, трябва да можете да стартирате сървъра и да видите таблото за управление с постъпващите данни. Поради съображения за развитие и за да видите как би изглеждало тирето, ако е предоставено от добри, редовни данни, добавихме фалшив генератор на данни към сървъра. Пуснете го, ако искате да видите как изглежда, когато имате повече данни. Ще обясним това по -подробно в по -късен урок.

(Не забравяйте, че можете да намерите целия код на

Стъпка 6: Версия 2 ?? - Проблеми

Този проект абсолютно не е перфектен - обичаме да мислим за него повече като прототип/доказателство за концепция. Въпреки че прототипът работи на фундаментално ниво: плава, прави измервания и може да ги предава, има много неща, които научихме и бихме променили за втора версия:

1. Най -големият ни проблем беше, че не можахме да променим кода за шамандурата, след като го залепихме. Това наистина беше малко пропуск и можеше да се реши много ефективно с USB порт, покрит с гумено уплътнение. Това обаче би добавило цял друг слой сложност към процеса на хидроизолация на 3D печат!
2. Алгоритмите, които използвахме, далеч не бяха съвършени. Нашите методи за определяне на вълновите свойства бяха доста груби и в крайна сметка прекарахме много време в четене на математика за комбиниране на сензорните данни от магнитометъра, акселерометъра и жироскопа. Ако някой там разбира това и е готов да помогне, смятаме, че можем да направим тези измервания много по -точни.
3. Някои от сензорите действаха малко странно. Сензорът за температурата на водата беше този, който се открояваше като особено хитър - понякога почти на 10 градуса от реалната температура. Причината за това може да е просто лош сензор или нещо го загрява …

Стъпка 7: Версия 2 ?? - Подобрения

Arduino беше добър, но както бе споменато по -рано, трябваше да премахнем модула на SD картата (който трябваше да бъде архивиране на данни, ако радио съобщенията не могат да изпращат) поради проблеми с паметта. Можем да го променим на по -мощен микроконтролер като Arduino Mega или Teensy или просто да използваме друг нулев Raspberry Pi. Това обаче би увеличило разходите и консумацията на енергия.

Радиомодулът, който използвахме, има ограничен обхват от няколко километра с пряка видимост. Въпреки това, в един хипотетичен свят, в който успяхме да поставим (много) много шамандури около острова, можехме да създадем мрежеста мрежа като тази. Има толкова много възможности за предаване на данни на дълги разстояния, включително lora, grsm. Ако можехме да използваме един от тях, може би би била възможна мрежеста мрежа около острова!

Стъпка 8: Използване на нашия интелигентен буй за изследване

Построихме и пуснахме Буя в Гренада, малък остров в южните Кариби. Докато бяхме там, имахме разговор с гренадското правителство, което каза, че интелигентна шамандура като тази, която създадохме, ще бъде полезна за предоставяне на количествени измервания на характеристиките на океана. Автоматизираните измервания биха прекъснали някои човешки усилия и човешка грешка и биха предоставили полезен контекст за разбиране на променящите се брегове. Правителството също така предложи, че измерванията на вятъра също биха били полезна функция за техните цели. Нямам представа как ще го управляваме, така че ако някой има идеи …

Важно предупреждение е, че въпреки че това е наистина вълнуващо време за крайбрежни изследвания, особено с технологиите, има дълъг път, преди те да бъдат напълно приети.

Благодаря, че прочетохте обобщената публикация в блога на поредицата Smart Buoy. Ако още не сте го направили, моля, разгледайте обобщеното ни видео в YouTube.

Регистрирайте се в нашия пощенски списък!

Част 1: Измерване на вълни и температури

Част 2: GPS NRF24 радио и SD карта

Част 3: Планиране на захранването към шамандурата

Част 4: Разгръщане на шамандурата