WetRuler-Измерване на океанска височина: 8 стъпки (със снимки)

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

Съобщението дойде в началото на лятото, че районът в Аляска, наречен Принц Уилям Саунд, ще бъде неочаквано засегнат от предизвиканото от глобалното затопляне цунами. Учените, които направиха откритието, посочиха област с бързо отстъпващ лед, оставила след себе си планина отломки, която ще се плъзне във фиорд и ще инициира вълна от 30 фута, която в крайна сметка ще удари град Уитиър. Това се е случвало и преди, по време на земетресението през 1964 г., когато разтърсването предизвика множество цунами в околните фиорди и опустоши брега, включително Уитие и Валдес с множество смъртни случаи. Круизните лодки, които вече бяха предпазливи от вируса, решиха да не се приближават до района и USFS предложи възстановяване на средства за всички наети каюти. Седмица по -късно предупреждение за цунами удари всичките ни мобилни телефони! Подводен фар е открил вълна, свързана с малко земетресение край брега. На всички регионални градове беше казано да се евакуират, ако са близо до вода. Не стигна до нищо. Как измервате тези събития? Тази инструкция подробно описва изграждането на малки сензори, които могат да измерват височината на океана и да изпращат данните или към приемник LORA, или директно към GSM. Уредите са компактни и изглеждат устойчиви на околната среда и работят със слънчева енергия. Тествал съм ги тук за постигане на възпроизводими височини на прилива, но те биха могли да се използват и за прогнози за височина на вълната и цунами.

Стъпка 1: Съберете вашите материали

Създадох два изпращащи блока-единият включва качване на GSM (мобилен телефон), а другият LORA качване. Можете също така да помислите за свързване със сателитен маяк, тъй като много от тези области нямат покритие на мобилен телефон. Сензорът в основата на тези инструменти е MS5803-14BA и неговата употреба и сглобяване в различни сценарии могат да бъдат намерени на тези уеб сайтове: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… и http:/ /owhl.org. Вторият от тях показва брилянтно проектиран дистанционен регистратор със собствена персонализирана печатна платка за дългосрочно измерване на височината на вълната. Сензорите изглежда бяха толерантни към водата в продължение на месеци до година в зависимост от настройката.

1. MS5803-14BA-можете да ги получите от DigiKey за $ 13, но трябва да извършите някои повърхностни спойки или да получите предварително направена платка от SparkFun, но това ще ви върне $ 60. Ако го направите сами, ще ви трябва малка дъска Adafruit, към която да го запоите, и малко гел за спойка с ниска температура (140F), който намерих за полезен. Проектът cavepearlproject има страхотен урок за това как да ги запоявате на ръка-предлагам да закупите евтина станция за преработка от Amazon за 30 долара.

2. LILYGO 2бр TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-$ 27 те са за кутията LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-това е страхотна дъска. Работи перфектно с Hologram sim. За съжаление не успях да накарам Arduino Sim да работи с новата им услуга, въпреки многото опити. Ако все още имате достъп до 2GM услуга, можете да отидете с нещо по -евтино, но това напълно се провали в Аляска.

4. Слънчеви клетки Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Слънчев клетъчен панел модул DIY за леки играчки Зарядно устройство 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 батерия $ 4

6. TP4056-зарядно устройство $ 1

7. Включете здрав метален превключвател за включване/изключване със зелен LED пръстен - 16 мм зелено включване/изключване $ 5

8. Icstation 1S 3.7V литиево -йонна батерия Тестер за напрежение Индикатор 4 секции Син LED дисплей $ 2

9. Adafruit TPL5111 Таймер Breakout с ниска мощност-блестящо малко устройство за синхронизиране $ 6,00

10. N -канален захранващ MOSFET - 30V / 60A 1,75 $

11. Диференциален модул за удължител на дълги кабели I2C PCA9600 от SandboxElectronics X2 (по 18 долара всеки) - има споменат успех с дълги кабели за I2C в литературата, но с ежедневни пристъпи от 25 фута в Аляска се нуждаете от дълги кабели … о, да, малко кабел.. Използвах голяма кутия 23 g кабел с усукана двойка, подходящ за външно ползване.

12. Adafruit BMP388 - Прецизно барометрично налягане и висотомер $ 10

Стъпка 2: Изградете сензорите

Сензорите трябва да бъдат споени повърхностно към малки печатни платки. Двете предишни работи ви дават някои подсказки как да го направите. Купих сензорите и малките платки от Digikey. Използвайте спойка с ниска температура от Adafruit и нанесете най -малкото количество до краката на сензора, докато го поставяте на дъската. Използвайте преработващ вентилатор, за да го разтопите на място. Не успях да направя това добре с настройката за ръчно запояване и в крайна сметка скъсих някои от тампоните. Останалата част от окабеляването, ако проверите правилно проводниците си, е лесна-поставянето на малък кондензатор (0,1n) между захранващите и заземяващите проводници и повдигане на CS и PSB изводите Hi за иницииране на I2C и контрол на адреса за сензора. (Вижте чертежа) Имате два избора 0 X 76 Hi и 0 X 77 за Lo. Използвах и двете, за да оформя сензорна пръчка със сензори, поставени на един крак, за да дам разлика в налягането, независимо от това, което измервате. Проектирах 3D отпечатан корпус за сензора, за да може да бъде напълно капсулиран в чист епоксид. Устието на конусния монтаж перфектно приляга на мъничката неръждаема шийка на сензора, а запечатаното поставяне се постига с малък пръстен от суперлепило, което го държи на място и го запечатва за епоксидно капсулиране.

Стъпка 3: Отпечатайте 3D жилището си

Двата основни корпуса за GSM и Lora са еднакви с вложки за странични панели за слънчевите панели. Единственият мод за Lora беше дупката за антена в горната част, която трябва да се пробие в зависимост от диаметъра на вашето устройство. GSM антената се побира вътре в другата кутия. Контролният панел във всеки е идентичен с отвори за включване/изключване и бутон за включване на екрана за нивото на батерията. Краката се отпечатват отделно и се залепват супер върху кутиите в ъглите и осигуряват различни опции за монтаж. Малката кула и винтовата капачка са залепени около отвора за microUSB стойката, за да я предпазят от навлизане на вода. Устройството е основно много водоустойчиво и отпечатано в PETG, за да се сведе до минимум топлинното изкривяване. Използвах месингови винтове за вграждане с топлина в основния корпус за 3 мм винтове в кутията. Има файлове за две стойки за сензорите-единият има два сензора, монтирани на крак една от друга върху пръчка от луцитна пластмаса с монтаж за I2C "бустер" кутия с монтирана верига и епоксидна от вътрешната страна. Тази пръчка също има два 3D отпечатани отвора за приспособяване на опциите за монтаж. Другият корпус на сензора е единична шайба с един от сензорите, завинтени в него и изрез в задната част за I2C "усилвател", епоксиден в него. Всички те са отпечатани в PETG. Останалите файлове са малкият корпус за приемника Lora с малък прозорец за OLED.

Стъпка 4: Свържете го

Сензорите са свързани паралелно с SDA линиите, SCL линиите, Pos и Gnd всички свързани в един усукан кабел с четири проводника. Усилвателите на I2C са много лесни за използване-прикрепят както сензорите към входните линии, така и междувечерния дълъг кабел до 60 метра, прикрепен към същия тип приемник. Ако отидете по -дълго, може да се наложи да смените издърпващите резистори на дъските. Схемите за свързване на останалите са по -горе. Веригата работи чрез превключвател за включване/изключване, изпращащ захранване към Adafruit TPL5111, който е настроен на 57 ома, за да превключва Активиране на високо на всеки 10 минути-разбира се можете да регулирате това за по-малка или повече честота на предаване на данни. Това контролира MOSFET на земята на основната платка (Lora или Arduino 400 GSM). (Открих, че платките като GSM и ESP32 имат твърде голямо потребление на енергия за TPL, освен ако не използвате MOSFET с тях …) Захранването на сензорите и BMP388 идва от основната платка, когато е включена: 3v. Издърпващите резистори са на усилвателите I2C и не са ви необходими за сензорите на тази верига. Зареждащата платка TP4056 работи чудесно с двата слънчеви панела и свързаната батерия 18650. Бутонът просто свързва изхода на батерията към малкия екран за нивото на батерията. Двата сензора, прикрепени към луцитната пръчка, използват двата налични адреса, включително адреса на BMP388 (0 X 77), така че трябва да свържете BMP с SPI към основните платки, ако използвате два сензора за водно налягане. Ако използвате само един (шайбата), можете да го свържете с I2C и да използвате останалия наличен адрес (0 X 77) за BMP.

Стъпка 5: Изградете го

Използвах перф дъски, за да се подигравам с всичко. Основната платка TPL, BMP всички отидоха на една дъска. Превключвателите бяха завинтени на място с гумените им уплътнения. Платката на зарядното устройство се монтира на изхода на контролната лицева плоча с microUSB навън. Водозащитната кула беше супер залепена отпред и капачката на винта беше запечатана със силиконова грес върху резбите. Луцитната пръчка е изрязана от два слоя от 1/4 пластмаса със сензори, монтирани точно на един крак един от друг. 3D отпечатаните стойки за отвори бяха поставени на краищата и усилвателят I2C беше завит в средата, където бяха направени всички кабелни връзки. Сензорът за шайби е 3D отпечатан и бустерът епоксиден отвътре и свързан към един сензор. В горната част на модула Lora беше пробита дупка за поставяне на антената, а в задната част на всяко устройство бяха поставени дупки, за да се постави проводникът от сензорите. Осигурено е 3D отпечатано задържане на тел. Завържете телта с цип, след като го залепите на място. Всички кабелни връзки са намалени с морска топлина и след това боядисани с течна електрическа лента за водна сигурност.

Стъпка 6: Програмирайте го

В програмата наистина няма много. Той до голяма степен разчита на библиотеките, предоставени за сензорите-които работят перфектно, и чудото на софтуера GSM Blynk за платката Arduino, която се свързва перфектно с холограмния облак. Регистрирайте се за Hologram акаунт и вземете SIM карта от тях, която да поставите на вашата Arduino 400 GSM платка. Процесът на ръкостискане се управлява от библиотеката Blynk-GSM Arduino. Adafruit написа библиотеката за BMP, а аз използвах библиотеката SparkFun за MS5803. И двата захранват изхода на температура от вашите сензори, ако искате. Софтуерно коригираните щифтове могат да използват почти всичко на дънната платка. Използвах процедурата за таймер на Blynk, за да не претоваря случайно приложението Blynk. Разбира се, трябва да внимавате с количеството данни, които пускате чрез връзката GSM-холограма, или можете да натрупате малка сметка-не прекалено много-тя използваше около 3 MB на седмица, което достига около 40 цента. Качвах само трите измервания на налягането - 2 от под водата и едно от кутията (BMP). Последната част от програмата е изключване на TPL чрез повдигане на HI на готовия щифт на устройството, който казва, че данните са прехвърлени. Приложението Blynk е прекрасно както винаги и можете да проектирате всякакъв вид изходен екран, който искате, а най -добрата част е възможността да изтеглите купчината си данни по имейл по всяко време.

Устройството Lora използва същите библиотеки и използва OLED модул (изключих това в софтуера на изпращащото устройство, за да пестя енергия) и задава честотата за вашето конкретно местоположение. След това той изгражда низ от данни с разделители, които му позволяват да изпраща показанията на сензора ви в един кадър. След това активира готовия си щифт, за да се изключи. Устройството приемник разбива думата и изпраща информацията към приложението Blynk по винаги на WIFI връзка. Приемникът е невероятно малък и се включва в стенна брадавица.

Стъпка 7: Използвайте го

Малкото сензорно лице улавя с висока степен на точност цялата сила на натиск върху него отгоре-това включва цялото налягане на въздуха и водата. Така че периодичните промени във височината на океана-като вълни и промените в налягането на въздуха от бури над океана-оказват влияние върху него. Това е причината за включване на сензора за барометрично налягане в кутията (уверете се, че сте осигурили няколко малки въздушни отвора, за да може той да чете правилно). Сензорната пръчка с двата сензора е закотвена в океана на дълбочина, където тя все още ще бъде покрита с вода дори при отлив. Произволно е на каква дълбочина поставяте сензорите, тъй като те ще измерват само промяната във височината на водния стълб над, а не абсолютната височина. Използвах тухла като котва с прикрепено въже за монтиране на сензорната пръчка на няколко фута от дъното. Към горния полюс на пръчката беше прикрепен поплавък, който да държи сензорите в краката си вертикално. Усуканата двойка и въжето доведоха до док, където бяха свързани с много хлабавост, за да се настанят приливите и отливите. Изпращачът на GSM е монтиран на близка лодка. Мониторингът се провеждаше повече от месец. Двата сензора дават показания, последователно разделени от 28 единици, които представляват разликата в налягането в метър вода на това място. Барометричното налягане се изважда от данните на долния сензор и се разделя на 28, за да се получи еквивалент на стъпало на издигането и спускането на океанската повърхност за 10 минути. Графиката по -горе дава сравнение с диаграмата NOAA за същия период от време. Действителният датчик/крака за издигане и падане е проверен спрямо действителното движение на дока и е установено, че е точен до 1/2 инча. Дори и при високото използване на енергия от GSM предавания на всеки десет минути, слънчевите панели лесно поддържат търсенето в тази мрачна тропическа гора.

Стъпка 8: Още

Предишните употреби на тези сензори от вече споменатите източници бяха за изследване на височината на вълната. Моите резултати бяха от спокойно пристанище с минимална вълнова активност, задвижвана от вятъра, но можете да уловите тези данни, като увеличите честотата на вземане на проби и имате подвижни средни стойности на резултатите. Системата Lora работи добре на разстояния, които биха осигурили мрежа от вълнова информация за множество места по крайбрежието. Това би било идеално за тези, които се интересуват от сърф дейности Ниската цена и много малкият размер на тези независими единици биха направили извличането на информация за крайбрежието лесна задача. Понастоящем улавянето на информация за прилива е много сложна и зависима от инфраструктурата държавна дейност, но това може да се промени с приемането на алтернативни устройства. Blynk вече е програмиран да ме уведомява за следващото цунами!