„WetRuler“-vandenyno aukščio matavimas: 8 žingsniai (su nuotraukomis)

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

Šios vasaros pradžioje buvo paskelbta, kad Aliaskos rajonas, vadinamas princu Williamu Soundu, netikėtai nukentės nuo visuotinio atšilimo inicijuoto cunamio. Atradimą atlikę mokslininkai atkreipė dėmesį į sparčiai besitraukiančio ledo plotą, kuris paliko kalną nuolaužų, kurios nuslydo į fiordą ir sukėlė 30 pėdų bangą, kuri galiausiai nukentės nuo Whittier miesto. Tai atsitiko anksčiau, 1964 m. Žemės drebėjimo metu, kai purtymas sukėlė daugybę cunamių aplinkiniuose fiorduose ir nusiaubė pakrantę, įskaitant Whittier ir Valdez. Kruiziniai laivai, kurie jau buvo atsargūs nuo viruso, nusprendė nesiartinti prie šios zonos, o USFS pasiūlė grąžinti pinigus už visas nuomotas kajutes. Po savaitės visus mūsų mobiliuosius telefonus pasiekė įspėjimas apie cunamį! Povandeninis švyturys aptiko bangą, susijusią su nedideliu žemės drebėjimu prie kranto. Visiems regioniniams miestams buvo liepta evakuotis, jei jie yra netoli vandens. Nieko neišėjo. Kaip vertinate šiuos įvykius? Ši instrukcija išsamiai apibūdina mažų jutiklių, galinčių išmatuoti vandenyno aukštį, kūrimą ir siunčia duomenis į LORA imtuvą arba tiesiai į GSM. Įrenginiai yra kompaktiški, atrodo atsparūs aplinkai ir yra saulės energijos. Aš juos čia išbandžiau, kad pasiekčiau atkuriamus potvynių aukštis, tačiau jie taip pat gali būti naudojami bangų aukščiui ir cunamio prognozėms.

1 žingsnis: surinkite savo medžiagas

Aš sukūriau du siuntimo blokus-vienas susijęs su GSM (mobiliojo telefono) įkėlimu, o kitas-su LORA. Taip pat galite apsvarstyti galimybę prisijungti prie „Sat“švyturėlio, nes daugelyje šių sričių nėra mobiliojo ryšio aprėpties. Šių prietaisų esmė yra MS5803-14BA, o jo naudojimą ir surinkimą pagal įvairius scenarijus galima rasti šiose svetainėse: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… ir http:/ /owhl.org. Antrasis iš jų rodo puikiai suprojektuotą nuotolinį registratorių su savo individualiai sukurta PCB, skirta ilgalaikiam bangų aukščio matavimui. Atrodė, kad jutikliai netoleruoja vandens nuo kelių mėnesių iki metų, priklausomai nuo sąrankos.

1. MS5803-14BA-juos galite įsigyti iš „DigiKey“už 13 USD, tačiau jums reikia atlikti paviršiaus litavimo darbus arba įsigyti iš anksto pagamintą „SparkFun“pertraukimo lentą, tačiau tai grąžins jums 60 USD. Jei pasigaminsite, jums reikės nedidelės „Adafruit“lentos, prie kurios lituosite, ir šiek tiek žemos temperatūros litavimo gelio (140F), kuris man pasirodė naudingas. „Cavepearlproject“turi puikią pamoką, kaip juos rankiniu būdu lituoti-siūlau įsigyti „Amazon“pigią perdirbimo stotį už 30 USD.

2. LILYGO 2vnt TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 USD jie skirti LORA dėžutei.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-tai puiki lenta. Jis puikiai veikia su „Hologram sim“. Deja, nepaisydamas kelių bandymų, negalėjau priversti jų „Arduino Sim“dirbti su nauja paslauga. Jei vis dar turite prieigą prie 2GM paslaugos, galite nusipirkti pigiau, tačiau Aliaskoje tai visiškai nepavyko.

4. Saulės elementai „Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell“modulis „pasidaryk pats“lengvų žaislų įkrovikliui 133 mm x 73 mm $ 8

5. 18650 baterija $ 4

6. TP4056-įkroviklis 1 USD

7. Perjunkite tvirtą metalinį įjungimo/išjungimo jungiklį su žaliu LED žiedu - 16 mm žalios spalvos įjungimo/išjungimo $ 5

8. „Icstation 1S 3.7V“ličio jonų akumuliatoriaus įtampos testerio indikatorius 4 sekcijos Mėlynas LED ekranas 2 USD

9. „Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout“-puikus mažo laiko įtaisas 6,00 USD

10. N -kanalo galia MOSFET - 30V / 60A 1,75 USD

11. Diferencialinis I2C ilgojo kabelio prailginimo PCA9600 modulis iš „SandboxElectronics X2“(kiekvienas po 18 USD) - literatūroje yra paminėta sėkmė naudojant ilgus I2C kabelius, tačiau kasdien 25 pėdų potvynių Aliaskoje jums reikia ilgų kabelių … o taip, kai kurie kabeliai. Aš naudoju didelį dėžutę 23 g 4 vytos poros kabelį, tinkantį lauke.

12. „Adafruit BMP388“- tikslus barometrinis slėgis ir aukščio matuoklis 10 USD

2 žingsnis: sukurkite jutiklius

Jutikliai turi būti lituojami paviršiuje prie mažų PCB. Du ankstesni darbai pateikia keletą patarimų, kaip tai padaryti. Ir jutiklius, ir mažas plokštes pirkau iš „Digikey“. Naudodami „Adafruit“žemos temperatūros lydmetalį, padėkite jį ant lentos tik mažiausiu kiekiu šalia jutiklio kojų. Naudokite perdarytą pūstuvą, kad jis ištirptų į vietą. Man nepavyko to padaryti gerai su rankinio litavimo sąranka ir galų gale sutrumpinau kai kurias trinkeles. Likusi elektros instaliacija, jei teisingai patikrinsite savo laidus, yra paprasta-įdėkite mažą kondensatorių (0,1 n) tarp maitinimo ir įžeminimo laidų ir pakelkite CS ir PSB laidus Sveiki, kad pradėtumėte I2C ir valdytumėte jutiklio adresą. (Žr. Brėžinį) Turite du pasirinkimus: 0 X 76 Hi ir 0 X 77 Lo. Aš naudoju abu, kad suformuočiau jutiklio lazdelę, o jutikliai būtų išdėstyti viena pėda vienas nuo kito, kad būtų pasiektas slėgio skirtumas, koks yra jūsų matavimas. Aš suprojektavau 3D spausdintą korpusą jutikliui, kad jį būtų galima visiškai uždengti skaidria epoksidine derva. Kūgio laikiklio burna puikiai tinka prie mažo nerūdijančio jutiklio kaklo, o sandariai uždedamas nedidelis superklijų žiedas, kuris jį laiko ir užsandarina, kad būtų galima uždengti epoksidą.

3 žingsnis: 3D spausdinkite savo būstą

Du pagrindiniai GSM ir „Lora“korpusai yra vienodi su šoninių skydų įdėklais saulės kolektoriams. Vienintelis „Lora“modas buvo antenos anga viršuje, kurią reikia gręžti, atsižvelgiant į jūsų įrenginio skersmenį. GSM antena telpa į kitą dėžutę. Kiekvieno valdymo skydelis yra identiškas skylėms įjungti/išjungti ir mygtukui įjungti akumuliatoriaus lygio ekraną. Kojos atspausdinamos atskirai ir priklijuojamos prie dėklų kampuose ir suteikia įvairias montavimo galimybes. Mažas bokštelis ir užsukamas dangtelis yra priklijuoti aplink „microUSB“laikiklio angą, kad apsaugotų jį nuo vandens patekimo. Įrenginys iš esmės yra labai atsparus vandeniui ir atspausdintas PETG, kad būtų sumažintas šilumos iškraipymas. Korpuso 3 mm varžtams pagrindiniame korpuse naudojau šilumą įterpiančius žalvarinius varžtus. Yra failai dviem jutiklių laikikliams-viename yra du jutikliai, sumontuoti koja vienas nuo kito ant lucito plastiko lazdelės su laikikliu I2C „stiprintuvo“dėžutei, o grandinė sumontuota ir epoksiduota viduje. Ši lazdelė taip pat turi dvi 3D spausdintas skyles, kad būtų galima pritvirtinti. Kitas jutiklio korpusas yra vienas ritulys, į kurį įsuktas vienas iš jutiklių, o gale - išpjova I2C „stiprintuvui“. Visa tai spausdinama PETG. Likę failai yra mažas „Lora“imtuvo korpusas su mažu OLED langu.

4 žingsnis: laidas

Jutikliai yra prijungti lygiagrečiai su SDA linijomis, SCL linijomis, Pos ir Gnd - visi sujungti į vieną susuktą kabelį su keturiais laidininkais. „I2C“stiprintuvus labai paprasta naudoti-abu jutikliai pritvirtinami prie įvesties linijų, o tarpinis ilgas kabelis iki 60 metrų pritvirtintas prie to paties tipo imtuvo. Jei einate ilgiau, gali tekti pakeisti plokštėse esančius traukimo varžus. Likusių jungčių schemos yra aukščiau. Grandinė veikia įjungimo/išjungimo jungikliu, siunčiančiu maitinimą į „Adafruit TPL5111“, kuris nustatytas 57 omams, kad kas 10 minučių įjungtų aukštą įjungimo lygį-žinoma, galite tai reguliuoti, kad duomenų perdavimo dažnis būtų mažesnis ar didesnis. Tai valdo MOSFET pagrindinėje plokštėje („Lora“arba „Arduino 400 GSM“). (Radau, kad tokios plokštės kaip GSM ir ESP32 turi per didelį TPL energijos suvartojimą, nebent su jomis naudojate MOSFET …) Jutiklių ir BMP388 maitinimas gaunamas iš pagrindinės plokštės, kai ji įjungta: 3v. I2C stiprintuvuose yra ištraukiamieji rezistoriai, kurių jums nereikia šios grandinės jutikliams. Įkrovimo plokštė TP4056 puikiai veikia su dviem saulės baterijomis ir prijungta 18650 baterija. Mygtukas tiesiog prijungia akumuliatoriaus išvestį prie mažo akumuliatoriaus lygio ekrano. Du prie lucite lazdelės pritvirtinti jutikliai naudoja du galimus adresus, įskaitant BMP388 adresą (0 X 77), todėl, jei naudojate du vandens slėgio jutiklius, turite prijungti BMP su SPI prie pagrindinių plokščių. Jei naudojate tik vieną (ritulį), galite jį prijungti prie I2C ir BMP naudoti likusį turimą adresą (0 X 77).

5 žingsnis: sukurkite

Aš panaudojau perf plokštes, kad viską išjuokčiau. Pagrindinė plokštė TPL, BMP visi buvo vienoje lentoje. Jungikliai buvo prisukti guminėmis tarpinėmis. Įkroviklio plokštė montuojama ant valdymo plokštės atramos su „microUSB“į išorę. Apsauginis vandens bokštelis buvo priklijuotas prie priekio, o užsukamas dangtelis buvo užplombuotas silikono tepalu ant sriegių. Lucito lazdelė buvo išpjauta iš dviejų 1/4 plastiko sluoksnių, o jutikliai buvo sumontuoti tiksliai vienos pėdos atstumu. 3D spausdinti skylių laikikliai buvo uždėti ant galų, o I2C stiprintuvas buvo prisukamas viduryje, kur buvo atliktos visos laidų jungtys. Ritulio jutiklis buvo atspausdintas 3D, o stiprintuvas epoksiduotas viduje ir prijungtas prie vieno jutiklio. „Lora“įrenginio viršuje buvo išgręžta skylė antenai sutalpinti, o kiekvieno įrenginio gale buvo įdėtos skylės, skirtos vielai iš jutiklių. Pateikiama 3D spausdinta viela. Užklijuokite vielą užtrauktuku, priklijuodami ją vietoje. Visos laidų jungtys yra susitraukusios jūriniu būdu, o po to nudažytos skysta elektros juosta, kad būtų užtikrintas vandens saugumas.

6 žingsnis: užprogramuokite

Programoje tikrai nėra daug. Jis labai priklauso nuo puikiai veikiančių jutiklių bibliotekų ir „GSM Blynk“programinės įrangos stebuklo „Arduino“plokštėje, kuri puikiai dera su „Hologram“debesiu. Prisiregistruokite gauti „Hologram“paskyrą ir gaukite iš jų SIM kortelę, kurią galėsite įdėti į „Arduino 400 GSM“plokštę. Rankų paspaudimo procesą tvarko „Blynk-GSM Arduino“biblioteka. „Adafruit“parašė BMP biblioteką, o aš naudoju „SparkFun“biblioteką MS5803. Jei norite, abu tiekia temperatūros jutiklius iš jutiklių. Programine įranga pritaikyti kaiščiai gali naudoti beveik viską pagrindinėje plokštėje. Aš naudoju „Blynk“laikmačio procedūrą, kad netyčia neperkrautumėte „Blynk“programos. Žinoma, turite būti atsargūs su duomenų kiekiu, kurį pateikiate per GSM-hologramos nuorodą, arba galite išleisti nedidelę sąskaitą-ne per daug-ji sunaudojo apie 3 MB per savaitę, o tai sudaro apie 40 centų. Įkėliau tik tris slėgio matavimus - 2 iš povandeninio ir vieną iš korpuso (BMP). Paskutinė programos dalis yra TPL išjungimas, pakėlus į HI įrenginio kaištį, kuriame teigiama, kad duomenys buvo perduoti. „Blynk“programa yra nuostabi, kaip visada, ir jūs galite sukurti bet kokį norimą išvesties ekraną, o geriausia yra galimybė atsisiųsti savo duomenų krūvą el. Paštu bet kuriuo metu.

„Lora“įrenginys naudoja tas pačias bibliotekas ir naudoja OLED įrenginį (norėdamas taupyti energiją jį išjungiau siuntėjo bloko programinėje įrangoje) ir nustato dažnumą konkrečiai jūsų vietai. Tada ji sukuria duomenų eilutę su skyrikliais, leidžiančiais vienu metu nusiųsti jutiklio rodmenis. Tada jis įjungia padarytą kaištį, kad išsijungtų. Imtuvo blokas sulaužo žodį ir siunčia informaciją į „Blynk“programą per visada esančią WIFI nuorodą. Imtuvas yra neįtikėtinai mažas ir įjungiamas į sieninę karpą.

7 žingsnis: naudokite

Mažas jutiklio paviršius labai tiksliai surenka visą spaudimo jėgą iš viršaus-tai apima visą oro ir vandens slėgį. Taigi periodiški vandenyno aukščio pokyčiai-kaip bangos ir oro slėgio pokyčiai nuo audrų virš vandenyno-visa tai daro įtaką. Dėl šios priežasties į dėklą įtraukėte barometrinio slėgio jutiklį (įsitikinkite, kad turite keletą mažų oro skylių, kad jis galėtų teisingai perskaityti). Jutiklio lazdelė su dviem jutikliais yra įtvirtinta vandenyne tokiame gylyje, kur jis vis tiek bus padengtas vandeniu net atoslūgio metu. Tai yra savavališka, į kokį gylį dedate jutiklius, nes jie matuoja tik vandens stulpelio aukščio pokyčius, o ne absoliutų aukštį. Aš naudoju plytą kaip inkarą su pritvirtinta virve, kad pritvirtinčiau jutiklio lazdelę pora pėdų nuo apačios. Prie viršutinio lazdelės poliaus buvo pritvirtinta plūdė, kad jutikliai būtų laikomi atskirai nuo vertikalios padėties. Vytos poros viela ir virvė vedė prie prieplaukos, kur jie buvo labai laisvai surišti, kad būtų galima pritaikyti potvynio kelionę. GSM siųstuvas buvo sumontuotas netoliese esančioje valtyje. Stebėjimas vyko daugiau nei mėnesį. Abu jutikliai rodmenis nuosekliai skyrė 28 vienetais, kurie atspindėjo slėgio skirtumą vandens pėdoje toje vietoje. Barometrinis slėgis buvo atimtas iš apatinių jutiklių duomenų ir padalintas iš 28, kad būtų gautas pėdų ekvivalentas vandenyno paviršiaus pakilimui ir kritimui per 10 minučių. Aukščiau pateiktoje diagramoje pateikiamas palyginimas su to paties laikotarpio NOAA grafiku. Tikrasis pakilimo ir kritimo jutiklis/pėdos buvo patikrintos pagal faktinį doko judėjimą ir nustatyta, kad tikslumas yra 1/2 colio. Net ir naudojant daug energijos, naudojant GSM transliacijas kas dešimt minučių, saulės kolektoriai lengvai neatsilieka nuo paklausos šioje silpno lietaus aplinkoje.

8 žingsnis: daugiau

Anksčiau minėti šaltiniai šiuos jutiklius naudojo bangų aukščiui tirti. Mano rezultatai buvo iš ramaus uosto su minimalia vėjo sukelta bangų veikla, bet jūs galite užfiksuoti šiuos duomenis padidindami mėginių ėmimo dažnumą ir turėdami slenkančius rezultatų vidurkius. „Lora“sistema puikiai veikia atstumais, kurie užtikrintų tinklų bangų informacijos tinklą kelioms pakrantės vietoms. Tai idealiai tinka tiems, kurie domisi banglenčių sportu. Dėl šių mažų sąnaudų ir labai mažo šių nepriklausomų padalinių informacijos apie pakrantę informacijos surinkimas būtų lengva užduotis. Šiuo metu potvynių informacijos surinkimas yra labai sudėtinga ir nuo infrastruktūros priklausanti vyriausybės veikla, tačiau tai gali pasikeisti, kai bus naudojami alternatyvūs įrenginiai. Blynkas dabar užprogramuotas pranešti man apie kitą cunamį!