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

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

Najava je stigla početkom ljeta da će područje na Aljasci koje se zove Prince William Sound neočekivano pogoditi cunami izazvan globalnim zagrijavanjem. Naučnici koji su došli do otkrića ukazali su na područje leda koji se brzo povlači i koji je za sobom ostavio brdo krhotina koje bi skliznule u fjord i pokrenule talas od 30 stopa koji bi na kraju pogodio grad Whittier. To se događalo i ranije, za vrijeme potresa 1964. godine, gdje je potres izazvao više cunamija u okolnim fjordovima i opustošio obalu uključujući Whittier i Valdez sa 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. Nedelju dana kasnije, upozorenje na cunami pogodilo je sve naše mobilne telefone! Podvodni svjetionik otkrio je val povezan s malim potresom u blizini obale. Svim regionalnim gradovima je rečeno da se evakuišu ako su blizu vode. Ništa nije uspjelo. Kako mjerite ove 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 i 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 postavljanje putem GSM-a (mobitela), a druga postavljanje LORA-e. Također možete razmisliti o povezivanju sa satelitskim signalom jer mnoga od ovih područja nemaju pokrivenost mobilnim telefonima. Senzor u srcu ovih instrumenata je MS5803-14BA, a njegovu upotrebu 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 loger 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 to će vam vratiti 60 USD. Ako to učinite sami, trebat će vam mala ploča od Adafruit -a za lemljenje i neki gel za lemljenje pri niskim temperaturama (140F) koji mi je bio od pomoći. Cavepearlproject ima odličan 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 odlična ploča. Savršeno radi sa Hologram sim -om. 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 svjetlosne igračke Punjač 133mm x 73mm $ 8

5. Baterija 18650 $ 4

6. TP4056-punjač 1 USD

7. Uključite i isključite Prekidač za čvrsti metal 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 Timer Breakout male snage-briljantan mali uređaj za mjerenje vremena 6,00 USD

10. N -kanalni MOSFET napajanje - 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 kablovima za I2C, ali sa 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 pritisak i visinomjer 10 USD

Korak 2: Izgradite senzore

Senzori moraju biti površinski lemljeni na male štampane ploče. Dva prethodna rada daju vam neke savjete o tome kako to učiniti. Senzore i male ploče kupio sam od Digikey -a. Upotrijebite lemilicu niske temperature iz Adafruit -a 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 jastučiće. Ostatak ožičenja ako provjerite ispravno provodnike je jednostavan-stavljanje malog kondenzatora (0,1n) između napajanja i uzemljenja te podizanje CS i PSB kabela Hi za pokretanje I2C i kontrolu adrese senzora. (Pogledajte crtež) Imate dva izbora 0 X 76 Hi i 0 X 77 za Lo. Oboje sam koristio za oblikovanje senzorskog štapića sa senzorima postavljenim jednu nogu jedan od drugog kako bih dao razliku pritiska bez obzira na vaše mjerenje. Dizajnirao sam 3D štampano kućište za senzor kako bi se omogućilo njegovo potpuno zatvaranje u čisti epoksid. Usta konusnog nosača savršeno pristaju uz maleni nerđajući vrat senzora, a zabrtvljeno postavljanje postignuto je sitnim prstenom super ljepila koje ga drži na mjestu i zatvara za epoksi kapsuliranje.

Korak 3: 3D štampanje vašeg stanovanja

Dva glavna kućišta za GSM i Lora su ista sa umetcima na bočnim pločama za solarne panele. 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 rupama za uključivanje/isključivanje i tipkom za uključivanje zaslona za napunjenost baterije. Noge se štampaju zasebno i superljepljuju na kućišta u uglovima i pružaju različite mogućnosti montaže. Mala kupola i čep sa navojem zalijepljeni su oko otvora za microUSB nosač kako bi se zaštitili od prodora vode. Uređaj je u osnovi vrlo vodootporan i ispisan 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 iznutra. Ovaj štapić također ima dvije 3D štampane rupe za prilagođavanje mogućnosti montaže. Drugo kućište senzora je jedno pakovanje sa jednim od senzora uvrnutim u njega i izrezom na stražnjoj strani za I2C "pojačivač" epoksidirano u njega. Sve ovo je štampano 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 spojeni u jedan upleteni kabel sa četiri vodiča. Pojačivači I2C su vrlo laki za upotrebu-pričvršćuju se oba senzora na ulazne vodove i interventni dugi kabel do 60 metara priključen na istu vrstu prijemne jedinice. Ako idete duže, možda ćete morati promijeniti otpornike za podizanje na pločama. Dijagrami ožičenja za ostale su gore. Krug radi pomoću prekidača za uključivanje/isključivanje koji šalje napajanje Adafruit TPL5111 koji je podešen na 57 ohma da uključi Enable high svakih 10 minuta-to naravno možete prilagoditi za manju ili veću frekvenciju prijenosa podataka. Ovo kontrolira MOSFET na tlu glavne ploče (bilo 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 za podizanje nalaze se na pojačivačima I2C i ne trebaju vam za senzore u ovom krugu. Ploča za punjenje TP4056 odlično funkcionira s dva solarna panela i priključenom baterijom 18650. Taster samo povezuje izlaz baterije sa malim ekranom nivoa baterije. Dva senzora pričvršćena na lucitni štapić koriste dvije dostupne adrese, uključujući adresu BMP388 (0 X 77), pa morate koristiti BMP sa SPI -om na matične ploče ako koristite dva senzora pritiska 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 su sve bile 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 tačno jednu nogu. Nosači rupa sa 3D otiskom postavljeni su na krajeve, a I2C pojačivač je zavrtan u sredinu gdje su izvedene sve žičane veze. Senzor pak -a je 3D štampan, a pojačivač je epoksiziran iznutra 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 prihvat žice od senzora. Omogućeno je 3D štampano držanje žice. Zakopčajte žicu na nju nakon što ju super ljepite na mjestu. Sve žičane veze su pomorske topline skupljene, a zatim obojene tekućom električnom trakom radi sigurnosti vode.

Korak 6: Programirajte ga

Program zaista nema mnogo toga. U velikoj mjeri se 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 biblioteku za BMP, a ja sam koristio SparkFun biblioteku za MS5803. Oboje isporučuju izlaz temperature iz vaših senzora ako želite. Softverski prilagođene pinove mogu koristiti gotovo sve na matičnoj ploči. Koristio sam rutinu tajmera Blynk 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 pritiska - 2 iz vode i jedno iz kućišta (BMP). Posljednji dio programa je isključivanje TPL -a podizanjem do HI završenog pina na jedinici koji kaže da su podaci preneseni. Aplikacija Blynk je divna kao i uvijek i možete dizajnirati bilo koju vrstu izlaznog ekrana koji želite, a najbolji dio je mogućnost preuzimanja vaše hrpe podataka putem e -pošte kad god želite.

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

Korak 7: Upotreba

Maleno senzorsko lice sa visokim stepenom tačnosti preuzima svu silu pritiska na njega odozgo-to uključuje sav pritisak zraka i vode. Dakle, povremene promjene visine okeana-poput valova i promjene tlaka zraka zbog oluja iznad oceana-sve to utječe. To je razlog za uključivanje senzora barometrijskog tlaka u kućište (osigurajte nekoliko malih rupica za zrak kako biste mogli pravilno čitati). Senzorski štapić sa dva senzora usidren je u okeanu 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 stuba iznad, a ne apsolutnu visinu. Koristio sam ciglu kao sidro sa užetom pričvršćenim za postavljanje štapića senzora nekoliko stopa od dna. Na gornji stup štapića pričvršćen je plovak koji drži senzore u podnožju odvojeno od vertikalne orijentacije. Upletena parna žica i uže vodili su do pristaništa gdje su bili vezani s puno labavosti kako bi se prilagodilo izletu plime i oseke. Jedinica GSM pošiljatelja postavljena je na obližnji brod. Monitoring se odvijao više od mjesec dana. Dva senzora dali su očitanja dosljedno odvojena sa 28 jedinica koje predstavljaju razliku pritiska u stopama vode na toj lokaciji. Barometarski tlak je oduzet od podataka donjeg senzora i podijeljen s 28 kako bi se dobilo stopalo ekvivalentno usponu i padu površine oceana u razdobljima od 10 minuta. Gornji grafikon daje poređenje sa NOAA grafikonom za isti period. Stvarni senzor/stope za uspon i pad provjeren je u odnosu na stvarno kretanje 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

Prethodni izvori koji su već koristili ove senzore za proučavanje visine talasa. Moji rezultati su iz mirne luke s minimalnom valnom aktivnošću pokretanom vjetrom, ali možete zabilježiti te podatke povećanjem frekvencije uzorkovanja i držanjem prosječnih rezultata. Lora sustav dobro funkcionira na udaljenostima koje bi opskrbile mrežom talasnih informacija za više lokacija duž obale. Ovo bi bilo idealno za one koji se zanimaju za aktivnosti surfanja. Niska cijena i vrlo mala veličina ovih neovisnih jedinica učinile bi prikupljanje obalnih informacija lakim zadatkom. Trenutno je prikupljanje informacija o morskim mijenama vrlo složena vladina aktivnost koja ovisi o infrastrukturi, ali to se može promijeniti usvajanjem alternativnih uređaja. Blynk je sada programiran da me obavještava o sljedećem cunamiju!