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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Svi volimo more. Kao kolektiv, okupljamo se na njemu za praznike, da uživamo u sportovima na vodi ili da zarađujemo za život. Ali obala je dinamično područje prepušteno talasima. Rast razine mora gricka plaže, a 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 na kraju 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, svidjet će ti se ovo..!

Supplies

Za potpunu izradu pametne plutače potrebno vam je MNOGO stvari. U odgovarajućem vodiču ćemo imati analizu posebnih materijala potrebnih za svaku fazu izgradnje, ali evo kompletne liste:

• 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 štampač - Amazon
• PETG filament - Amazon
• Epoksid - Amazon
• Osnovni premaz u spreju - Amazon
• Uže - Amazon
• Pluta - Amazon
• Ljepilo - Amazon

Sav korišteni kôd možete pronaći na

Korak 1: Šta 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 osnovu mjerenja koje je Bua obavila, bili smo sasvim blizu pronalaženju rješenja koje će nam omogućiti izračunavanje smjera vala. 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 uspjeli! 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 je vjerovatno bila najteža stvar koju smo do sada odštampali. Bilo je 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: štampali smo skoro šuplju kuglu na dve polovine. Gornja polovica ima otvore za solarne panele i otvor za prolazak radio antene. Donja polovica ima rupu kroz koju može proći senzor temperature i ručku za vezivanje užeta.

Nakon što smo plutaču odštampali pomoću PETG filamenta, izbrusili smo je, prskali premazom nekim premazom za punjenje, a zatim nanijeli nekoliko slojeva epoksida.

Nakon što je priprema ljuske završena, stavili smo svu elektroniku unutra, a zatim zabrtvili senzor temperature vode, radio antene i solarne ploče pomoću pištolja za ljepilo. 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

Buoy ima puno senzora na ploči, a mi ćemo ih detaljno razmotriti u odgovarajućem vodiču. Kako je ovo sažetak, nastojat ćemo da ovo bude informativno, ali kratko!

Bovu napaja baterija 18650, koja se puni pomoću četiri solarne ploče od 5V. Međutim, stalno se napaja samo sat u stvarnom vremenu. Bova koristi izlaznu iglu sata u stvarnom vremenu za kontrolu tranzistora omogućavajući napajanje da uđe u ostatak sistema. Kada je sistem uključen, on počinje s mjerenjima sa senzora - uključujući vrijednost napona iz modula monitora napajanja. Vrijednost koju daje modul monitora napajanja određuje koliko dugo sistem spava prije nego što uzme sljedeći skup očitanja. Za to vrijeme je postavljen alarm, a zatim se sistem sam isključuje!

Sam sistem ima mnogo senzora i radio modula povezanih na Arduino. GY-86 modul, RealTimeClock (RTC), Power Monitor modul i I2C multiplekser svi komuniciraju s Arduinom koristeći 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 to može biti malo pretjerano.

Radio modul komunicira putem SPI -ja.

U početku smo imali i modul SD kartice, ali je zbog veličine SD biblioteke izazvao toliko glavobolja da smo je odlučili ukinuti.

Pogledajte kod. Vjerojatno imate nekih pitanja - vjerojatno i postojećih sumnji - 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 da ih uključimo, što je izgledalo prilično dobro.

Korak 4: Izgradnja - Elektronika bazne stanice

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

Nakon što kôd pokrenete na Arduinu, prilično je jednostavno doći do 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 neko želi znati kako smo to učinili, javite nam - stalni web programer T3ch Flicksa bio bi više nego sretan što bi mogao napraviti tutorial o tome!

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

(Upamtite 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 temeljnom nivou: 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 ga je zalijepio. Ovo je bio pomalo previd 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 preciznijima.
3. Neki od senzora djelovali su pomalo čudno. Senzor temperature vode bio je onaj koji se isticao kao posebno lukav - s vremena na vrijeme gotovo 10 stepeni od stvarne temperature. Razlog za to 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 mogle slati) zbog problema s memorijom. Mogli bismo ga promijeniti u moćniji 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 sa direktnom vidljivošću. Međutim, u hipotetičkom svijetu u kojem smo uspjeli staviti (vrlo) mnoge bove po otoku, mogli smo formirati ovakvu mrežu. Postoji toliko 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 plutaču 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 od pomoći u kvantitativnim mjerenjima karakteristika oceana. Automatska mjerenja smanjila bi ljudske napore i ljudske greške i pružila koristan kontekst za razumijevanje mijenjanja obala. Vlada je također predložila da bi mjerenje vjetra također bilo korisno za njihove svrhe. Nemam pojma kako ćemo to riješiti, pa ako neko ima ideju …

Važno je upozorenje da, iako je zaista uzbudljivo vrijeme za istraživanje priobalja, posebno u području tehnologije, dug je put do njegovog potpunog usvajanja.

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

Prijavite se na našu mailing listu!

Dio 1: Mjerenje valova i temperature

Dio 2: GPS NRF24 radio i SD kartica

Dio 3: Raspored napajanja bovi

Dio 4: Raspoređivanje bove