WetRuler-Mjerenje visine oceana: 8 koraka (sa slikama)

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

Najava je stigla početkom ljeta da će područje na Aljasci zvano Prince William Sound neočekivano pogoditi tsunami izazvan globalnim zatopljenjem. Znanstvenici koji su došli do otkrića ukazali su na područje leda koji se brzo povlači i koji je za sobom ostavio brdo krhotina koje će skliznuti u fjord i pokrenuti val od 30 stopa koji će na kraju pogoditi grad Whittier. To se događalo i prije, tijekom potresa 1964. godine gdje je potres izazvao više tsunamija u okolnim fjordovima i opustošio obalu uključujući Whittier i Valdez s više smrtnih slučajeva. Kruzeri koji su već bili oprezni zbog virusa odlučili su ne približavati se tom području, a USFS je ponudio povrat za sve iznajmljene kabine. Tjedan dana kasnije, upozorenje na tsunami pogodilo je sve naše mobitele! Podvodni svjetionik otkrio je val povezan s malim potresom kod obale. Svim regionalnim gradovima rečeno je da se evakuiraju ako su blizu vode. Nije došlo do ničega. Kako mjerite te događaje? Ovaj Instructable opisuje izgradnju malih senzora koji mogu mjeriti visinu oceana i slati podatke ili na LORA prijemnik ili ravno na GSM. Jedinice su kompaktne i djeluju otporno na okoliš te rade na solarnu energiju. Ovdje sam ih testirao za postizanje ponovljivih visina plime, ali mogli bi se koristiti i za predviđanja visine valova i tsunamija.

Korak 1: Prikupite materijale

Postoje dvije jedinice za slanje koje sam izgradio-jedna uključuje prijenos putem GSM-a (mobitela), a druga prijenos LORA-e. Također možete razmisliti o povezivanju sa satelitskim svjetionikom jer mnoga od ovih područja nemaju pokrivenost mobitelom. Senzor u središtu ovih instrumenata je MS5803-14BA, a njegovu uporabu i montažu u različitim scenarijima možete pronaći na ovim web stranicama: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… i http:/ /owhl.org. Drugi od njih prikazuje briljantno dizajniran daljinski zapisnik sa vlastitom prilagođenom PCB -om za dugotrajno mjerenje visine valova. Činilo se da su senzori tolerirali vodu mjesecima do godinu dana, ovisno o postavkama.

1. MS5803-14BA-ove možete nabaviti od DigiKeyja za 13 USD, ali morate obaviti neke površinske operacije lemljenja ili nabaviti već napravljenu ploču za razbijanje od SparkFuna, ali vratit će vam 60 USD. Ako ga napravite sami, trebat će vam mala ploča Adafruit za lemljenje i neki gel za lemljenje pri niskim temperaturama (140F) koji mi je bio od pomoći. Capepearlproject ima izvrstan vodič o tome kako ručno lemiti ove materijale-predlažem da nabavite jeftinu prerađivačku stanicu od Amazona za 30 USD.

2. LILYGO 2kom TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 USD ovo je za LORA kutiju.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-ovo je izvrsna ploča. Savršeno radi s Hologram simom. Nažalost, nisam uspio natjerati njihov Arduino Sim da radi s njihovom novom uslugom unatoč više pokušaja. Ako još uvijek imate pristup 2GM usluzi, možete otići s nečim jeftinijim, ali to je na Aljasci potpuno propalo.

4. Solarne ćelije Uxcell 2kom 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Modul DIY za lagane igračke Punjač 133mm x 73mm 8 USD

5. Baterija 18650 $ 4

6. TP4056-punjač 1 USD

7. Prekidač za uključivanje/isključivanje čvrstog metala sa zelenim LED prstenom - 16 mm zeleno za uključivanje/isključivanje 5 USD

8. Icstation 1S 3.7V litij -ionska baterija Indikator mjerenja napona 4 odjeljka Plavi LED zaslon 2 USD

9. Adafruit TPL5111 Time Power Breakout-briljantan mali mjerač vremena 6,00 USD

10. MOSFET napajanja N -kanala - 30V / 60A 1,75 USD

11. Diferencijalni I2C produžni produžni modul PCA9600 iz SandboxElectronics X2 (18 USD svaki) - u literaturi se spominje uspjeh s dugim kabelima za I2C, ali s dnevnim plimama od 25 stopa na Aljasci potrebni su vam dugi kabeli … oh da, neki kabel. Koristio sam veliku kutiju od 23 g kabela sa 4 upletena para pogodnu za vanjsku upotrebu.

12. Adafruit BMP388 - Precizni barometarski tlak i visinomjer 10 USD

Korak 2: Izgradite senzore

Senzori moraju biti površinski lemljeni na male PCB -e. Dva prethodna rada daju vam neke savjete o tome kako to učiniti. Senzore i male ploče kupio sam od Digikeyja. Upotrijebite lemilicu niske temperature iz tvrtke Adafruit i utisnite najmanju količinu uz nožice senzora dok ga stavljate na ploču. Upotrijebite ventilator za preradu da biste ga otopili na mjestu. Nisam uspio ovo učiniti s ručnim lemljenjem i na kraju sam skratio neke od jastučića. Ostatak ožičenja ako provjerite ispravno provodnike je jednostavan-stavljanje malog kondenzatora (0,1n) između napajanja i uzemljenja te podizanje CS i PSB vodiča Hi za pokretanje I2C i upravljanje adresom senzora. (Pogledajte crtež) Imate dva izbora 0 X 76 Hi i 0 X 77 za Lo. Oboje sam upotrijebio za oblikovanje senzorskog štapića sa senzorima postavljenim jednu nogu jedan od drugog kako bih dao razliku tlakova bilo koje vaše mjerenje. Dizajnirao sam 3D tiskano kućište za senzor kako bi se omogućilo njegovo potpuno zatvaranje u čisti epoksid. Usta konusnog nosača savršeno pristaju uz maleni nehrđajući vrat senzora, a zabrtvljeno postavljanje postiže se sitnim prstenom super ljepila koje ga drži na mjestu i brtvi za epoksi kapsuliranje.

Korak 3: 3D ispis vašeg stanovanja

Dva glavna kućišta za GSM i Lora ista su s umetcima sa bočnih ploča za solarne ploče. Jedini mod za Loru bio je otvor za antenu na vrhu koji se mora izbušiti ovisno o promjeru vaše jedinice. GSM antena staje u drugu kutiju. Upravljačka ploča u svakoj je identična s otvorima za UKLJUČIVANJE/ISKLJUČIVANJE i tipkom za uključivanje zaslona za napunjenost baterije. Noge se zasebno ispisuju i superljepljuju na kućišta u uglovima i pružaju različite mogućnosti montaže. Mala kupola i čep s navojem zalijepljeni su oko otvora za microUSB nosač kako bi se zaštitili od prodora vode. Uređaj je u osnovi vrlo otporan na vodu i ispisan je u PETG-u kako bi se smanjilo izobličenje topline. Koristio sam mesingane držače s toplinskim umetkom u glavnom kućištu za vijke od 3 mm u kućištu. Postoje datoteke za dva nosača za senzore-jedan ima dva senzora postavljena jedan od drugog na štapiću od lucitne plastike s nosačem za I2C "booster" kutiju s montiranim krugom i epoksidom s unutarnje strane. Ovaj štapić također ima dvije 3D ispisane rupe za prilagođavanje mogućnosti montaže. Drugo kućište senzora je jedno pakiranje s jednim od senzora uvrnutim u njega i izrezom na stražnjoj strani za I2C "pojačivač" epoksidirano u njega. Sve je to tiskano u PETG -u. Preostale datoteke su sićušno kućište prijemnika Lora s malim prozorom za OLED.

Korak 4: Povežite ga žicom

Senzori su ožičeni paralelno sa SDA vodovima, SCL linijama, Pos i Gnd svi spojeni u jedan upleteni kabel s četiri vodiča. Pojačivači I2C vrlo su jednostavni za uporabu-pričvršćuju se oba senzora na ulazne vodove i intervenirajući dugi kabel do 60 metara pričvršćen na istu vrstu prijemne jedinice. Ako idete dulje, možda ćete morati promijeniti pull -up otpornike na pločama. Dijagrami ožičenja za ostalo su gore. Krug radi pomoću prekidača za uključivanje/isključivanje koji šalje napajanje Adafruit TPL5111 koji je postavljen na 57 ohma da bi uključio Enable high svakih 10 minuta-to naravno možete prilagoditi za manju ili veću frekvenciju prijenosa podataka. Ovo kontrolira MOSFET na tlu glavne ploče (Lora ili Arduino 400 GSM). (Otkrio sam da ploče poput GSM -a i ESP32 -a imaju preveliku potrošnju energije za TPL osim ako s njima ne koristite MOSFET …) Napajanje senzora i BMP388 dolazi s glavne ploče kada je uključeno: 3V. Otpornici na izvlačenje nalaze se na I2C pojačivačima i ne trebaju vam za senzore u ovom krugu. Ploča za punjenje TP4056 odlično funkcionira s dva solarna panela i priključenom baterijom 18650. Tipkalo samo povezuje izlaz baterije s malim zaslonom razine napunjenosti baterije. Dva senzora pričvršćena na lucitni štapić koriste dvije dostupne adrese, uključujući adresu BMP388 (0 X 77) pa morate povezati BMP sa SPI -om na glavne ploče ako koristite dva senzora tlaka vode. Ako koristite samo jedan (pak), možete ga povezati s I2C i koristiti preostalu dostupnu adresu (0 X 77) za BMP.

Korak 5: Izgradite ga

Koristio sam perf ploče za ismijavanje svega. Glavna ploča TPL, BMP sve je išlo na jednoj ploči. Prekidači su pričvršćeni gumenim držačima. Ploča punjača montira se na potpornu ploču upravljačke ploče s microUSB -om prema van. Kugla za zaštitu od vode bila je superlijepljena sprijeda, a poklopac vijka zapečaćen je silikonskom mašću na navojima. Lucitni štapić izrezan je iz dva sloja 1/4 plastike sa senzorima postavljenim točno jednu nogu. Nosači rupa s 3D otiskom postavljeni su na krajeve, a I2C pojačivač je zavrtan u sredinu gdje su izvedene sve žičane veze. Senzor pak je 3D ispisan, a pojačivač iznutra epoksidiran i spojen na jedan senzor. Na vrhu jedinice Lora izbušena je rupa za postavljanje antene, a na stražnjoj strani svake jedinice postavljene su rupe za smještaj žice od senzora. Omogućeno je držanje 3D tiskane žice. Zakopčajte žicu na nju nakon što ju super ljepite na mjestu. Svi žičani spojevi su pomorski toplinski smanjeni, a zatim obojeni tekućom električnom trakom radi sigurnosti vode.

Korak 6: Programirajte ga

Program zapravo nema puno toga. U velikoj se mjeri oslanja na biblioteke predviđene za senzore --- koje savršeno rade i čudo softvera GSM Blynk za Arduino ploču koji savršeno pristaje uz oblak holograma. Prijavite se za Hologram račun i od njih nabavite SIM karticu koju ćete postaviti na svoju Arduino 400 GSM ploču. Proces rukovanja vodi biblioteka Blynk-GSM Arduino. Adafruit je napisao knjižnicu za BMP, a ja sam koristio SparkFun knjižnicu za MS5803. Oboje isporučuju izlaz temperature s vaših senzora ako želite. Softverski prilagođene pinove mogu koristiti gotovo sve na matičnoj ploči. Koristio sam rutinu Blynk timer kako ne bih slučajno preopteretio aplikaciju Blynk. Naravno, morate biti oprezni s količinom podataka koje stavljate putem veze GSM-Hologram ili možete nakupiti mali račun-ne previše-trošio je oko 3 MB tjedno što iznosi oko 40 centi. Učitavao sam samo tri mjerenja tlaka - 2 iz vode i jedno iz kućišta (BMP). Posljednji dio programa je isključivanje TPL -a podizanjem na HI gotovog pina na jedinici koji kaže da su podaci preneseni. Aplikacija Blynk je izvrsna kao i uvijek i možete dizajnirati bilo koji izlazni zaslon koji želite, a najbolji dio je mogućnost preuzimanja vaše hrpe podataka putem e -pošte kad god želite.

Jedinica Lora koristi iste biblioteke i koristi OLED jedinicu (ovo sam isključio u softveru jedinice pošiljatelja radi uštede energije) i postavlja frekvenciju za vašu lokaciju. Zatim gradi niz podataka s razdjelnicima koji mu omogućuju slanje očitanja senzora u jednom kadru. Zatim aktivira svoj gotov pin kako bi se isključio. Jedinica prijemnika razbija riječ i šalje informacije aplikaciji Blynk putem veze koja je uvijek na WIFI -u. Prijemnik je nevjerojatno mali i priključuje se na zidnu bradavicu.

Korak 7: Upotreba

Sićušno lice senzora s visokim stupnjem točnosti preuzima svu silu pritiska odozgo-to uključuje sav tlak zraka i vode. Stoga povremene promjene visine oceana-poput valova i promjene tlaka zraka zbog oluja iznad oceana-utječu na to. To je razlog za uključivanje senzora barometrijskog tlaka u kućište (provjerite jeste li osigurali nekoliko malih rupica za zrak kako biste mogli ispravno čitati). Senzorski štapić s dva senzora usidren je u oceanu na dubini na kojoj će i dalje biti oseka prekrivena vodom. Proizvoljno je na koju dubinu postavljate senzore jer će oni mjeriti samo promjenu visine vodenog stupa iznad, a ne apsolutnu visinu. Koristio sam ciglu kao sidro s užetom pričvršćenim za postavljanje štapića senzora nekoliko stopa od dna. Na gornji stup štapića pričvršćen je plovak koji drži senzore u podnožju odvojeno od okomite orijentacije. Upletena parna žica i uže vodili su do pristaništa gdje su bili vezani s puno labavosti kako bi se prilagodili izletu plime i oseke. Pošiljateljska jedinica GSM -a postavljena je na obližnji brod. Praćenje se odvijalo više od mjesec dana. Dva senzora dala su očitanja dosljedno odvojena sa 28 jedinica što predstavlja razliku tlaka u stopama vode na tom mjestu. Barometarski tlak oduzet je od podataka donjeg senzora i podijeljen s 28 kako bi se dobilo stopalo ekvivalentno usponu i padu površine oceana tijekom razdoblja od 10 minuta. Gornji grafikon daje usporedbu s NOAA grafikonom za isto razdoblje. Stvarni senzor/stope za uspon i pad provjeren je prema stvarnom kretanju pristaništa i utvrđeno je da je točan do 1/2 inča. Čak i uz visoku potrošnju energije koju GSM odašilje svakih deset minuta, solarni paneli lako drže potražnju u ovom mračnom okruženju prašuma.

Korak 8: Više

Raniji izvori koji su već koristili ove senzore za proučavanje visine valova. Moji su rezultati bili iz mirne luke s minimalnom valnom aktivnošću koju pokreće vjetar, ali možete zabilježiti te podatke povećanjem učestalosti uzorkovanja i držanjem prosječnih rezultata. Sustav Lora dobro radi na udaljenostima koje bi opskrbile mrežastu mrežu valovitih informacija za više lokacija uz obalu. Ovo bi bilo idealno za one koji se zanimaju za surfanje. Niski troškovi i vrlo mala veličina ovih neovisnih jedinica učinili bi dobivanje obalnih informacija lakim zadatkom. Hvatanje informacija o plimi i oseki vrlo je složena i vladina aktivnost ovisna o infrastrukturi, no to se može promijeniti usvajanjem alternativnih uređaja. Blynk je sada programiran da me obavijesti o sljedećem cunamiju!