Pametna bova [Sažetak]: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Svi volimo more. Kao kolektiv, okupljamo se na njemu za praznike, za uživanje u sportovima na vodi ili za život. No, obala je dinamično područje prepušteno na milost i nemilost valovima. Rast razine mora gricka plaže i snažni ekstremni događaji poput uragana potpuno ih desetkuju. Da bismo razumjeli kako ih spasiti, moramo razumjeti sile koje pokreću njihovu promjenu.

Istraživanje je skupo, ali ako biste mogli stvoriti jeftine, učinkovite instrumente, mogli biste generirati više podataka - što bi u konačnici poboljšalo razumijevanje. Ovo je razmišljanje iza našeg projekta Smart Buoy. U ovom sažetku dajemo vam kratki pregled našeg projekta i raščlanjujemo ga na dizajn, marku i prezentaciju podataka. Oh bova, ovo će ti se svidjeti..!

Pribor

Za potpunu izradu Smart Bove potrebno vam je MNOGO stvari. U odgovarajućem vodiču ćemo imati analizu posebnih materijala potrebnih za svaku fazu izgradnje, ali evo potpunog popisa:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Baterija (18650) - Amazon
• Solarni paneli - Amazon
• Blokiranje dioda - Amazon
• Kontroler punjenja - Amazon
• Pojačivač dolara - Amazon
• GPS modul - Amazon
• GY -86 (akcelerometar, žiroskop, barometar, kompas) - Amazon
• Senzor temperature vode - Amazon
• Modul monitora napajanja - Amazon
• Modul sata u stvarnom vremenu - Amazon
• Radio moduli - Amazon
• i^2c modul multipleksera - Amazon
• 3D pisač - Amazon
• PETG filament - Amazon
• Epoksid - Amazon
• Osnovna boja u spreju - Amazon
• Uže - Amazon
• Pluta - Amazon
• Ljepilo - Amazon

Sav korišteni kôd možete pronaći na

Korak 1: Što radi?

Senzori na brodu Smart Buoy omogućuju mu mjerenje: visine vala, razdoblja valova, snage valova, temperature vode, temperature zraka, tlaka zraka, napona, korištenja struje i GPS lokacije.

U idealnom svijetu mjerio bi i smjer valova. Na temelju mjerenja koje je Bua poduzela, bili smo vrlo blizu pronalaženju rješenja koje će nam omogućiti izračunavanje smjera valova. Međutim, pokazalo se da je to prilično komplicirano i veliki je problem u stvarnoj istraživačkoj zajednici. Ako postoji netko tko nam može pomoći i predložiti učinkovit način za mjerenje smjera valova, molimo vas da nas obavijestite - voljeli bismo razumjeti kako bismo to mogli učiniti! Svi podaci koje Buoy prikuplja šalju se putem radija na baznu stanicu, koja je Raspberry Pi. Napravili smo nadzornu ploču za njihovo prikazivanje pomoću Vue JS.

Korak 2: Izrada - kućište plutače

Ova bova bila je vjerojatno najteža stvar koju smo do sada tiskali. Bilo je samo toliko stvari koje je trebalo uzeti u obzir jer će to biti u moru, izloženo elementima i puno sunca. O tome ćemo kasnije govoriti u seriji Smart Buoy.

Ukratko: tiskali smo gotovo šuplju kuglu u dvije polovice. Gornja polovica ima otvore za solarne panele i otvor za prolazak radio antene. Donja polovica ima otvor za prolazak osjetnika temperature i ručku za vezivanje užeta.

Nakon što smo plutaču ispisali PETG filamentom, izbrusili smo je, prskali premazom nekim temeljnim premazom, a zatim nanijeli nekoliko slojeva epoksida.

Nakon što je priprema ljuske završena, stavili smo svu elektroniku unutra, a zatim pištoljem za ljepilo zapečatili senzor temperature vode, radio antene i solarne ploče. Na kraju smo dvije polovice zapečatili StixAll ljepilom/ljepilom (ljepilo za super avione).

A onda smo se nadali da je vodootporan …

Korak 3: Izgradnja - elektronika plutače

Bova ima mnogo senzora na ploči, a mi ćemo ih detaljno razmotriti u odgovarajućem vodiču. Kako je ovo sažetak, pokušat ćemo ovo zadržati informativnim, ali kratkim!

Bovu napaja baterija 18650, koju pune četiri solarne ploče od 5 V. Međutim, stalno se napaja samo sat u stvarnom vremenu. Bova koristi izlaznu iglu sata u stvarnom vremenu za kontrolu tranzistora dopuštajući napajanje da uđe u ostatak sustava. Kad se sustav uključi, započinje mjerenjima sa senzora - uključujući vrijednost napona iz modula monitora napajanja. Vrijednost koju daje modul monitora napajanja određuje koliko dugo sustav spava prije nego što uzme sljedeći skup očitanja. Za to vrijeme postavljen je alarm, a zatim se sustav sam isključuje!

Sam sustav ima mnogo senzora i radio modul spojen na Arduino. Modul GY-86, RealTimeClock (RTC), Power Monitor modul i I2C multiplekser komuniciraju s Arduinom pomoću I2C. Bio nam je potreban I2C multiplekser jer GY-86 i RTC modul koji smo koristili imaju istu adresu. Modul multipleksera omogućuje vam komunikaciju bez dodatnih muka, iako bi moglo biti malo pretjerano.

Radio modul komunicira putem SPI -ja.

U početku smo imali i modul SD kartice, no to je uzrokovalo toliko glavobolja zbog veličine SD biblioteke da smo je odlučili ukinuti.

Pogledajte kod. Vjerojatno imate neka pitanja - vjerojatno i postojeće sumnje - i bit će nam drago čuti ih. Detaljni vodiči uključuju objašnjenja koda, pa se nadamo da će ih učiniti malo jasnijim!

Pokušali smo logički odvojiti datoteke koda i upotrijebiti glavnu datoteku za njihovo uključivanje, što je izgleda dobro funkcioniralo.

Korak 4: Izgradnja - Elektronika bazne stanice

Bazna stanica izrađena je pomoću Raspberry Pi Zero s priključenim radio modulom. Kućište smo dobili s https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Odlični ste, hvala vam puno!

Nakon što kôd pokrenete na Arduinu, vrlo je jednostavno dobiti mjerenja na Raspberry Pi pokretanjem koda listen_to_radio.py.

Korak 5: Nadzorna ploča

Pokazati vam kako smo napravili cijelu ploču bilo bi pomalo Odyssey jer je to bio prilično dug i kompliciran projekt. Ako netko želi znati kako smo to učinili, neka nam to javi - stalni web programer T3ch Flicks bio bi više nego sretan što će napraviti tutorial o tome!

Nakon što ove datoteke stavite na Raspberry Pi, trebali biste moći pokrenuti poslužitelj i vidjeti nadzornu ploču s podacima koji dolaze. Iz razvojnih razloga i vidjeti kako bi crtica izgledala da je opskrbljena dobrim, redovitim podacima, na poslužitelj smo dodali lažni generator podataka. Pokrenite to ako želite vidjeti kako izgleda kada budete imali više podataka. To ćemo također detaljno objasniti u kasnijem vodiču.

(Zapamtite da sav kôd možete pronaći na

Korak 6: Verzija 2 ?? - Problemi

Ovaj projekt apsolutno nije savršen - više ga volimo smatrati prototipom/dokazom koncepta. Iako prototip radi na temeljnoj razini: pluta, uzima mjerenja i može ih prenositi, puno smo naučili i promijenili bismo za drugu verziju:

1. Naš najveći problem nije bio u mogućnosti promijeniti kôd za plutaču nakon što ju je zalijepio. Ovo je doista bio mali propust i mogao se vrlo učinkovito riješiti USB priključkom prekrivenim gumenom brtvom. To bi, međutim, dodalo još jedan sloj složenosti procesu hidroizolacije 3D ispisa!
2. Algoritmi koje smo koristili bili su daleko od savršenih. Naše metode za određivanje valnih svojstava bile su prilično grube i na kraju smo potrošili puno vremena čitajući matematiku za kombiniranje podataka senzora s magnetometra, akcelerometra i žiroskopa. Ako netko vani to razumije i spreman je pomoći, mislimo da bismo mogli učiniti ta mjerenja mnogo točnijima.
3. Neki su senzori djelovali pomalo čudno. Senzor temperature vode bio je onaj koji se isticao kao posebno lukav - s vremena na vrijeme gotovo 10 stupnjeva izvan stvarne temperature. Razlog tome mogao je biti samo loš senzor ili ga je nešto zagrijavalo …

Korak 7: Verzija 2 ?? - Poboljšanja

Arduino je bio dobar, ali kao što je već spomenuto morali smo ukinuti modul SD kartice (koji je trebao biti sigurnosna kopija podataka ako radio poruke nisu bile u mogućnosti poslati) zbog problema s memorijom. Mogli bismo ga promijeniti u snažniji mikrokontroler poput Arduino Mega ili Teensy ili jednostavno upotrijebiti drugu nulu Raspberry Pi. Međutim, to bi povećalo troškove i potrošnju energije.

Radio modul koji smo koristili ima ograničen domet od nekoliko kilometara s izravnom vidljivošću. Međutim, u hipotetičkom svijetu u kojemu smo mogli postaviti (vrlo) mnoge bove po otoku, mogli smo formirati ovakvu mrežu. Postoji toliko mnogo mogućnosti za prijenos podataka na velike udaljenosti, uključujući lora, grsm. Da smo mogli upotrijebiti jedan od ovih, možda bi bila moguća mrežasta mreža oko otoka!

Korak 8: Upotreba naše pametne bove za istraživanje

Izgradili smo i lansirali Bovu u Grenadi, malom otoku na jugu Kariba. Dok smo bili vani, razgovarali smo s grnadskom vladom, koja je rekla da bi pametna bova poput ove koju smo stvorili bila korisna u pružanju kvantitativnih mjerenja karakteristika oceana. Automatska mjerenja smanjila bi ljudske napore i ljudske pogreške te pružila koristan kontekst za razumijevanje mijenjanja obala. Vlada je također sugerirala da bi mjerenje vjetra također bilo korisno za njihove svrhe. Nemam pojma kako ćemo to riješiti, pa ako netko ima ideju …

Važno je upozorenje da, iako je to zaista uzbudljivo vrijeme za istraživanje priobalja, osobito s tehnologijom, dug je put do njegova potpunog usvajanja.

Hvala vam što ste pročitali sažetak bloga serije Smart Buoy. Ako već niste, pogledajte naš sažeti video na YouTubeu.

Prijavite se na našu mailing listu!

1. dio: Izrada valova i mjerenje temperature

Dio 2: GPS NRF24 radio i SD kartica

3. dio: Raspored napajanja bovi

4. dio: Raspoređivanje bove