Išmanusis plūduras [Santrauka]: 8 žingsniai (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Mes visi mėgstame pajūrį. Būdami kolektyvu, mes traukiame į jį atostogauti, mėgautis vandens sportu ar užsidirbti pragyvenimui. Tačiau pakrantė yra dinamiška bangų gailestingumo sritis. Pakilęs jūros lygis graužia paplūdimius ir galingi ekstremalūs įvykiai, tokie kaip uraganai, juos visiškai sunaikina. Norėdami suprasti, kaip juos išgelbėti, turime suprasti jėgas, skatinančias jų pokyčius.

Tyrimai yra brangūs, tačiau jei galėtumėte sukurti pigias, veiksmingas priemones, galėtumėte surinkti daugiau duomenų - galiausiai pagerėtų supratimas. Taip mąstė mūsų projektas „Smart Buoy“. Šioje santraukoje trumpai apžvelgiame savo projektą ir suskirstome jį į dizainą, modelį ir duomenų pateikimą. Oi plunksna, tau tai patiks..!

Prekės

Norėdami sukurti „Smart Buoy“, jums reikia daug daiktų. Atitinkamoje pamokoje pateikiame konkrečių medžiagų, reikalingų kiekvienam kūrimo etapui, suskirstymą, tačiau čia yra visas sąrašas:

• „Arduino Nano“- „Amazon“
• „Raspberry Pi Zero“- „Amazon“
• Baterija (18650) - „Amazon“
• Saulės plokštės - „Amazon“
• Blokavimo diodai - „Amazon“
• Įkrovimo valdiklis - „Amazon“
• Buck stiprintuvas - „Amazon“
• GPS modulis - „Amazon“
• GY -86 (akselerometras, giroskopas, barometras, kompasas) - „Amazon“
• Vandens temperatūros jutiklis - „Amazon“
• Maitinimo monitoriaus modulis - „Amazon“
• Realaus laiko laikrodžio modulis - „Amazon“
• Radijo moduliai - „Amazon“
• i^2c multiplekserio modulis - „Amazon“
• 3D spausdintuvas - „Amazon“
• PETG gija - „Amazon“
• Epoksidas - „Amazon“
• Gruntiniai purškiamieji dažai - „Amazon“
• Virvė - „Amazon“
• Plūdės - „Amazon“
• Klijai - „Amazon“

Visą naudojamą kodą galite rasti adresu

1 žingsnis: ką tai daro?

„Smart Buoy“jutikliai leidžia matuoti: bangų aukštį, bangų periodą, bangų galią, vandens temperatūrą, oro temperatūrą, oro slėgį, įtampą, srovės naudojimą ir GPS vietą.

Idealiame pasaulyje jis taip pat būtų matavęs bangos kryptį. Remdamiesi plūduro atliktais matavimais, buvome gana arti sprendimo, kuris leistų apskaičiuoti bangos kryptį. Tačiau tai pasirodė gana sudėtinga ir tai yra didžiulė tikrosios mokslininkų bendruomenės problema. Jei kas nors gali mums padėti ir pasiūlyti veiksmingą bangų krypties matavimo būdą, praneškite mums - norėtume suprasti, kaip galėtume tai pasiekti! Visi „Buoy“renkami duomenys per radiją siunčiami į bazinę stotį, kuri yra „Raspberry Pi“. Mes sukūrėme prietaisų skydelį, kad juos rodytume naudodami „Vue JS“.

2 žingsnis: statykite - plūduras

Šis plūduras buvo turbūt sunkiausias dalykas, kurį iki šiol spausdinome. Buvo tik tiek daug dalykų, į kuriuos reikia atsižvelgti, nes tai buvo jūra, veikiama elementų ir daug saulės. Daugiau apie tai kalbėsime vėliau „Smart Buoy“serijoje.

Trumpai: beveik tuščiavidurį rutulį išspausdinome iš dviejų pusių. Viršutinėje pusėje yra angos saulės baterijoms ir anga radijo antenai. Apatinėje pusėje yra anga temperatūros jutikliui praeiti ir rankena virvei pritvirtinti.

Išspausdinę plūdurą naudodami PETG giją, mes jį nušlifavome, nudažėme purškiamuoju dažų užpildu ir užtepėme porą epoksidinių sluoksnių.

Kai korpuso paruošimas buvo baigtas, mes įdėjome visą elektroniką į vidų, o tada klijų pistoletu užsandarinome vandens temperatūros jutiklį, radijo anteną ir saulės kolektorius. Galiausiai abi puses užsandarinome „StixAll“klijais/klijais (super lėktuvo klijais).

Ir tada mes tikėjomės, kad jis yra atsparus vandeniui …

3 žingsnis: statykite - plūdurų elektronika

Plūduras turi daug jutiklių, ir mes apie juos išsamiai aprašome atitinkamoje pamokoje. Kadangi tai yra santrauka, mes stengsimės išlaikyti šią informaciją, bet trumpai!

Plūdurą maitina 18650 akumuliatorius, kurį įkrauna keturios 5 V saulės baterijos. Tačiau tik realaus laiko laikrodis yra nuolat maitinamas. Plūduras naudoja realaus laiko laikrodžio išvesties kaištį, kad valdytų tranzistorių, leidžiantį energijai patekti į likusią sistemos dalį. Įjungus sistemą, ji pradeda nuo jutiklių matavimų, įskaitant įtampos vertę iš maitinimo monitoriaus modulio. Maitinimo stebėjimo modulio nurodyta vertė nustato, kiek laiko sistema miega prieš imdamasi kito rodmenų rinkinio. Šiuo metu nustatytas žadintuvas, tada sistema pati išsijungia!

Pati sistema yra daug jutiklių ir radijo modulis, prijungtas prie „Arduino“. GY-86 modulis, „RealTimeClock“(RTC), „Power Monitor“modulis ir „I2C“multiplekseris bendrauja su „Arduino“naudodami I2C. Mums reikėjo I2C multiplekserio, nes GY-86 ir mūsų naudojamas RTC modulis turi tą patį adresą. „Multiplexer“modulis leidžia jums bendrauti be papildomų rūpesčių, nors tai gali būti šiek tiek per daug.

Radijo modulis palaiko ryšį per SPI.

Iš pradžių taip pat turėjome SD kortelės modulį, tačiau dėl SD bibliotekos dydžio jis sukėlė tiek daug galvos skausmo, kad nusprendėme jį panaikinti.

Pažvelkite į kodą. Tikėtina, kad turite klausimų - tikriausiai taip pat tvyrančias abejones - ir mums būtų malonu juos išgirsti. Išsamios pamokos apima kodo paaiškinimus, todėl tikiuosi, kad jie bus šiek tiek aiškesni!

Mes bandėme logiškai atskirti kodo failus ir įtraukti juos į pagrindinį failą, kuris atrodė gana gerai.

4 žingsnis: Sukurkite - bazinės stoties elektronika

Bazinė stotis pagaminta naudojant „Raspberry Pi Zero“su prijungtu radijo moduliu. Dangtelį gavome iš https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Tu nuostabi, ačiū labai!

Kai „Arduino“paleidžia kodą, „Raspberry Pi“matavimus gauti yra gana paprasta paleidus „listen_to_radio.py“kodą.

5 veiksmas: prietaisų skydelis

Parodyti jums, kaip mes padarėme visą brūkšnį, būtų šiek tiek Odisėja, nes tai buvo gana ilgas ir sudėtingas projektas. Jei kas nors nori sužinoti, kaip mes tai padarėme, praneškite mums - „T3ch Flicks“žiniatinklio kūrėjas mielai atliktų mokymo programą!

Įdėję šiuos failus į „Raspberry Pi“, turėtumėte paleisti serverį ir pamatyti prietaisų skydelį su įeinančiais duomenimis. Dėl vystymosi priežasčių ir norėdami pamatyti, kaip brūkšnys atrodytų, jei jį pateiktų geri, įprasti duomenys, į serverį pridėjome suklastotų duomenų generatorių. Paleiskite tai, jei norite pamatyti, kaip tai atrodo, kai turite daugiau duomenų. Tai taip pat išsamiai paaiškinsime vėlesnėje pamokoje.

(Nepamirškite, kad visą kodą rasite adresu

6 žingsnis: 2 versija ?? - Problemos

Šis projektas visiškai nėra tobulas - mums labiau patinka tai galvoti kaip prototipą/koncepcijos įrodymą. Nors prototipas veikia iš esmės: jis plūduriuoja, atlieka matavimus ir gali juos perduoti, mes daug sužinojome ir pakeisime antrąją versiją:

1. Didžiausia mūsų problema buvo tai, kad negalėjome pakeisti plūduro kodo, kai jį priklijavome. Tai iš tikrųjų buvo šiek tiek aplaidumas ir buvo galima labai efektyviai išspręsti naudojant USB prievadą, uždengtą guminiu sandarikliu. Tačiau tai būtų dar vienas sudėtingesnis 3D spausdinimo hidroizoliacijos procesas!
2. Mūsų naudojami algoritmai toli gražu nebuvo tobuli. Mūsų bangų savybių nustatymo metodai buvo gana neapdoroti, ir mes daug laiko praleidome skaitydami matematiką, kad sujungtume jutiklio duomenis iš magnetometro, akselerometro ir giroskopo. Jei kas nors tai supranta ir nori padėti, manome, kad galėtume šiuos matavimus padaryti daug tikslesnius.
3. Kai kurie jutikliai veikė šiek tiek keistai. Vandens temperatūros jutiklis buvo tas, kuris išsiskyrė kaip ypač nemandagus - kartais beveik 10 laipsnių nuo tikrosios temperatūros. To priežastis galėjo būti tiesiog blogas jutiklis arba kažkas jį kaitino …

7 žingsnis: 2 versija ?? - Patobulinimai

„Arduino“buvo geras, tačiau, kaip minėta anksčiau, dėl atminties problemų turėjome atsisakyti SD kortelės modulio (kuris turėjo būti duomenų atsarginė kopija, jei radijo pranešimų nepavyko išsiųsti). Galėtume jį pakeisti į galingesnį mikrovaldiklį, pvz., „Arduino Mega“ar „Teensy“, arba tiesiog naudoti kitą „Raspberry Pi“nulį. Tačiau tai padidintų sąnaudas ir energijos suvartojimą.

Mūsų naudojamas radijo modulis turi ribotą poros kilometrų diapazoną su tiesioginiu matymo tašku. Tačiau hipotetiniame pasaulyje, kuriame galėjome (labai) daug plūdurų aplink salą pastatyti, galėjome sukurti tokį akių tinklą. Yra tiek daug galimybių perduoti duomenis dideliu atstumu, įskaitant lora, grsm. Jei galėtume pasinaudoti vienu iš jų, galbūt būtų tinklas aplink salą!

8 veiksmas: mūsų išmaniojo plūduro naudojimas tyrimams

Mes pastatėme ir paleidome plūdurą Grenadoje, mažoje saloje pietinėje Karibų jūros dalyje. Kol buvome ten, kalbėjomės su Grenados vyriausybe, kuri sakė, kad toks išmanusis plūduras, kokį sukūrėme, padės kiekybiškai įvertinti vandenyno charakteristikas. Automatiniai matavimai sumažintų žmogaus pastangas ir žmogaus klaidas ir būtų naudingas kontekstas besikeičiančioms pakrantėms suprasti. Vyriausybė taip pat pasiūlė, kad vėjo matavimai taip pat būtų naudinga jų tikslams. Neįsivaizduojame, kaip mes tai valdysime, taigi, jei kas nors turi idėjų …

Svarbus įspėjimas yra tai, kad nors tai yra tikrai įdomus laikas pakrančių tyrimams, ypač susijusiems su technologijomis, dar reikia daug nuveikti.

Dėkojame, kad perskaitėte „Smart Buoy“serijos santraukos tinklaraščio įrašą. Jei to dar nepadarėte, peržiūrėkite mūsų suvestinės vaizdo įrašą „YouTube“.

Užsiregistruokite mūsų pašto adresų sąraše!

1 dalis. Bangų ir temperatūros matavimas

2 dalis. GPS NRF24 radijas ir SD kortelė

3 dalis. Galvos planavimas plūdurui

4 dalis. Plūduro išskleidimas