WetRuler-Měření výšky oceánu: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Letos v létě přišlo oznámení, že oblast na Aljašce zvanou Prince William Sound bude nečekaně zasažena tsunami zahájeným globálním oteplováním. Vědci, kteří objev objevili, poukázali na oblast rychle ustupujícího ledu, která za sebou zanechala horu úlomků, která by sklouzla do fjordu a iniciovala 30 stopovou vlnu, která by nakonec zasáhla město Whittier. To se už stalo dříve, během zemětřesení v roce 1964, kdy otřesy vyvolaly několik tsunami v okolních fjordech a zničily pobřeží včetně Whittier a Valdez s několika úmrtí. Výletní lodě, které už byly před virem opatrné, se rozhodly nepřiblížit se k této oblasti a USFS nabídlo vrácení peněz za jakékoli pronajaté kajuty. O týden později zasáhlo varování před tsunami všechny naše mobilní telefony! Podvodní maják detekoval vlnu spojenou s malým zemětřesením u pobřeží. Všem krajským městům bylo řečeno, aby se evakuovali, pokud jsou blízko vody. Přišlo to na nic. Jak tyto události měříte? Tento instruktáž podrobně popisuje stavbu malých senzorů, které jsou schopné měřit výšku oceánu a odesílat data buď do přijímače LORA, nebo přímo do GSM. Jednotky jsou kompaktní a zdají se odolné vůči svému prostředí a jsou provozovány solárně. Testoval jsem je zde pro dosažení reprodukovatelných výšek přílivu, ale mohly by být také použity pro předpovědi výšky vln a tsunami.

Krok 1: Shromážděte své materiály

Postavil jsem dvě odesílací jednotky-jedna zahrnuje odesílání pomocí GSM (mobilní telefon) a druhá odesílání LORA. Můžete také zvážit propojení se satelitním majákem, protože mnoho z těchto oblastí nemá pokrytí mobilním telefonem. Senzorem v srdci těchto nástrojů je MS5803-14BA a jeho použití a montáž v různých scénářích lze nalézt na těchto webových stránkách: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… a http:/ /owhl.org. Druhý z nich ukazuje skvěle navržený dálkový záznamník s vlastním speciálně navrženým PCB pro dlouhodobé měření výšky vlny. Zdálo se, že senzory jsou vůči vodě tolerantní měsíce až rok v závislosti na nastavení.

1. MS5803-14BA-můžete je získat od společnosti DigiKey za 13 $, ale musíte provést nějaké povrchové pájení nebo si pořídit předem připravenou desku od SparkFun, ale vrátí vám to 60 $. Pokud si to uděláte sami, budete potřebovat malou desku Adafruit, ke které ji pájíte, a nějaký pájecí gel s nízkou teplotou (140F), který mi pomohl. Cavepearlproject má skvělý návod, jak je ručně pájet-doporučuji pořídit levnou přepracovací stanici od Amazonu za 30 $.

2. LILYGO 2ks TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 $ jsou za krabici LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-to je skvělá deska. Funguje to perfektně se simulátorem Hologram. I přes několik pokusů se mi bohužel nepodařilo přimět jejich Arduino Sim pracovat s jejich novou službou. Pokud máte stále přístup ke službě 2GM, můžete jít s něčím levnějším, ale to se na Aljašce úplně nepovedlo.

4. Solární články Uxcell 2ks 6V 180mA Poly Mini solární panel panelový modul DIY pro nabíječku světelných hraček 133 mm x 73 mm $ 8

5. Baterie 18650 $ 4

6. TP4056-nabíječka 1 $

7. Přepínač Robustní kovový spínač zapnutí/vypnutí se zeleným LED kroužkem - 16 mm zelený zapnutí/vypnutí $ 5

8. Indikátor napětí baterie Icstation 1S 3,7 V lithium -iontová baterie 4 sekce Modrý LED displej $ 2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-brilantní malé časovací zařízení $ 6,00

10. N -kanálový výkonový MOSFET - 30V / 60A $ 1,75

11. Diferenciální prodlužovač I2C s dlouhým kabelem Modul PCA9600 od SandboxElectronics X2 (18 $ za kus) - v literatuře je zmíněný úspěch s dlouhými kabely pro I2C, ale při každodenním přílivu na 25 stop na Aljašce potřebujete dlouhé kabely … ach ano nějaký kabel.. Použil jsem velký box 23 g 4 kroucený pár kabel vhodný pro venkovní použití.

12. Adafruit BMP388 - přesný barometrický tlak a výškoměr 10 $

Krok 2: Sestavte senzory

Senzory musí být povrchově pájeny na malé desky plošných spojů. Dvě předchozí práce vám poskytnou několik tipů, jak to udělat. Koupil jsem jak senzory, tak malé desky od Digikey. Použijte nízkoteplotní pájku od společnosti Adafruit a při umístění na desku naneste jen to nejmenší množství sousedící s nohami senzoru. Pomocí přepracovaného dmychadla jej roztavte na místo. Nedokázal jsem to udělat dobře s nastavením ručního pájení a skončil jsem zkratováním některých podložek. Zbytek kabeláže, pokud kontrolujete své vodiče správně, je snadný-vložení malého kondenzátoru (0,1 n) mezi napájecí a zemnící vodiče a zvednutí svodů CS a PSB Hi, aby se zahájilo I2C a ovládání adresy senzoru. (Viz nákres) Máte dvě možnosti 0 X 76 Hi a 0 X 77 pro Lo. Oba jsem použil k vytvoření senzorové hůlky se senzory umístěnými jednu nohu od sebe, abych poskytl tlakový rozdíl jakéhokoli měření. Navrhl jsem 3D potištěné pouzdro senzoru, aby bylo možné jej zcela zapouzdřit do čirého epoxidu. Ústí držáku kužele dokonale zapadá do malého nerezového hrdla senzoru a utěsněné umístění je zajištěno malým prstencem superglue, který jej drží na místě a utěsňuje jej pro zapouzdření epoxidem.

Krok 3: 3D tisk vašeho bydlení

Dvě hlavní skříně pro GSM a Lora jsou stejné s vložkami na bočních panelech pro solární panely. Jediným způsobem pro Loru byl otvor pro anténu v horní části, který musí být vyvrtán v závislosti na průměru vaší jednotky. GSM anténa se vejde do druhého boxu. Ovládací panel v každém je shodný s otvory pro ON/OFF a tlačítkem pro zapnutí obrazovky stavu baterie. Nohy jsou tištěny samostatně a přilepeny na pouzdra v rozích a poskytují různé možnosti montáže. Malá věžička a šroubovací uzávěr jsou nalepeny kolem otvoru pro držák microUSB, aby byl chráněn před vniknutím vody. Jednotka je v zásadě velmi odolná proti vodě a je potištěna PETG, aby se minimalizovalo tepelné zkreslení. Použil jsem tepelně vložené mosazné šroubové držáky v hlavním pouzdru pro 3mm šrouby v pouzdře. Existují soubory pro dva držáky pro senzory-jeden má dva senzory namontované na nohu od sebe na hůlce z lucitového plastu s držákem pro box „posilovače“I2C s obvodem namontovaným a epoxidovaným uvnitř. Tato hůlka má také dva 3D vytištěné otvory, které umožňují montáž. Druhé pouzdro senzoru je jeden puk, do kterého je přišroubován jeden ze senzorů a do něj je epoxidován výřez na zadní straně pro „posilovač“I2C. Všechny jsou vytištěny v PETG. Zbývající soubory jsou malé pouzdro pro přijímací jednotku Lora s malým okénkem pro OLED.

Krok 4: Připojte to

Senzory jsou zapojeny paralelně s linkami SDA, SCL, Pos a Gnd, všechny spojeny do jednoho krouceného kabelu se čtyřmi vodiči. I2C boostery se velmi snadno používají-připojení obou senzorů ke vstupním linkám a zasahujícího dlouhého kabelu až 60 metrů připojeného ke stejnému typu přijímací jednotky. Pokud jdete déle, možná budete muset vyměnit odpory na deskách. Schémata zapojení pro zbytek jsou výše. Obvod funguje tak, že vypínač zapíná/vypíná odesílání energie do Adafruit TPL5111, který je nastaven na 57 ohmů, aby každých 10 minut změnil hodnotu Enable na maximum-samozřejmě to můžete upravit pro menší nebo větší frekvenci přenosu dat. To ovládá MOSFET na zemi základní desky (buď Lora nebo Arduino 400 GSM). (Zjistil jsem, že desky jako GSM a ESP32 mají příliš velký příkon pro TPL, pokud s nimi nepoužíváte MOSFET …) Napájení pro senzory a BMP388 pochází z hlavní desky, když je zapnuto: 3v. Pull up rezistory jsou na I2C boosterech a pro senzory v tomto obvodu je nepotřebujete. Nabíjecí deska TP4056 funguje skvěle se dvěma solárními panely a připojenou baterií 18650. Tlačítko pouze připojí výstup baterie k malé obrazovce stavu baterie. Dva senzory připojené k lucite hůlce využívají dvě dostupné adresy včetně adresy BMP388 (0 X 77), takže musíte použít BMP s SPI k hlavním deskám, pokud používáte dva senzory tlaku vody. Pokud používáte pouze jeden (puk), můžete jej propojit s I2C a použít zbývající dostupnou adresu (0 X 77) pro BMP.

Krok 5: Postavte to

K posmívání všeho jsem použil desky perf. Hlavní deska TPL, BMP šla na jedné desce. Přepínače byly našroubovány na své místo gumovými průchodkami. Deska nabíječky se upevňuje na opěrku čelní desky ovládacího panelu microUSB směrem ven. Věž na ochranu proti vodě byla vpředu přilepena a šroubovací uzávěr byl utěsněn silikonovým mazivem na závity. Lucitská hůlka byla vyříznuta ze dvou vrstev 1/4 plastu s čidly namontovanými přesně jednu nohu od sebe. Držáky otvorů s 3D tiskem byly umístěny na konce a posilovač I2C byl přišroubován uprostřed, kde byla provedena všechna drátová spojení. Senzor puku byl vytištěn 3D a posilovač byl epoxidován uvnitř a připojen k jednomu senzoru. V horní části jednotky Lora byl vyvrtán otvor pro umístění antény a v zadní části každé jednotky byly umístěny otvory pro uložení drátu ze senzorů. Je zajištěno 3D vytištěné držení drátu. Poté, co jej nalepíte na místo, k němu přivázejte zip. Všechna drátová spojení jsou smršťována teplem a poté natřena tekutou elektrickou páskou pro zabezpečení vody.

Krok 6: Naprogramujte jej

Programu toho opravdu mnoho není. Hodně se spoléhá na knihovny poskytnuté pro senzory-které fungují perfektně a na zázrak softwaru GSM Blynk pro desku Arduino, který dokonale zapadá do cloudu Hologram. Zaregistrujte si účet Hologram a získejte od něj SIM kartu, kterou můžete umístit na desku Arduino 400 GSM. Proces potřesení rukou zajišťuje knihovna Blynk-GSM Arduino. Adafruit napsal knihovnu pro BMP a já jsem použil knihovnu SparkFun pro MS5803. Oba dodávají výstupy teploty z vašich senzorů, pokud chcete. Softwarově upravené kolíky mohou na základní desce použít téměř cokoli. Použil jsem rutinu časovače Blynk, abych náhodou nepřetěžoval aplikaci Blynk. Samozřejmě musíte být opatrní s množstvím dat, která vložíte přes odkaz GSM-hologram, nebo můžete vyčerpat malý účet-ne moc-spotřeboval asi 3 MB týdně, což je asi 40 centů. Nahrával jsem pouze tři měření tlaku - 2 z pod vodou a jedno z pouzdra (BMP). Poslední částí programu je vypnutí TPL zvýšením hotového pinu na jednotku, která říká, že data byla přenesena. Aplikace Blynk je jako vždy skvělá a můžete si navrhnout jakýkoli druh výstupní obrazovky, kterou chcete, a nejlepší na tom je možnost stáhnout si hromadu dat e -mailem kdykoli budete chtít.

Jednotka Lora používá stejné knihovny a používá jednotku OLED (pro úsporu energie jsem to vypnul v softwaru vysílací jednotky) a nastavuje frekvenci pro vaše konkrétní umístění. Poté vytvoří datový řetězec s oddělovači, které mu umožní odeslat naměřené hodnoty ze snímače na jeden záběr. Poté aktivuje svůj hotový pin, aby se vypnul. Přijímací jednotka rozdělí slovo a odešle informace do aplikace Blynk přes vždy WIFI odkaz. Přijímač je neuvěřitelně malý a zapojuje se do bradavice.

Krok 7: Použití

Drobná čidla senzoru zachycuje s vysokou mírou přesnosti veškerou tlakovou sílu na něj shora-to zahrnuje veškerý tlak vzduchu a vody. To vše ovlivňují občasné změny výšky oceánu-jako vlny a změny tlaku vzduchu z bouří nad oceánem. To je důvod pro zahrnutí senzoru barometrického tlaku do pouzdra (ujistěte se, že máte několik malých vzduchových otvorů, aby mohl správně číst). Senzorová hůlka se dvěma senzory je ukotvena v oceánu v hloubce, kde bude i při odlivu stále pokryta vodou. Je libovolné, do jaké hloubky umístíte senzory, protože budou měřit pouze změnu výšky vodního sloupce nad absolutní výškou. Jako kotvu jsem použil cihlu s připevněným lanem k připevnění senzorové hůlky pár stop ode dna. K hornímu pólu hůlky byl připevněn plovák, který držel senzory ve svislé orientaci od sebe. Drát zkroucené dvojice a lano vedly do doku, kde byly spoutány spoustou prověšení, aby se přizpůsobily výletní vlně. Vysílací jednotka GSM byla namontována na nedaleké lodi. Monitorování probíhalo přes měsíc. Tyto dva senzory poskytovaly údaje konzistentně oddělené 28 jednotkami, které představovaly tlakový rozdíl ve stopě vody v tomto místě. Barometrický tlak byl odečten od dolních dat senzoru a dělen 28, čímž byl získán stopový ekvivalent stoupání a klesání hladiny oceánu během 10 minut. Výše uvedený graf poskytuje srovnání s grafem NOAA za stejné časové období. Skutečný snímač/nohy stoupání a klesání byl zkontrolován proti skutečnému pohybu doku a bylo zjištěno, že je přesný na 1/2 palce. I při vysokém využití energie GSM vysílá každých deset minut solární panely snadno udržovaly krok s poptávkou v tomto slabém prostředí deštného pralesa.

Krok 8: Více

Předchozí použití těchto senzorů již zmíněnými zdroji byla pro studium výšky vlny. Moje výsledky byly z klidného přístavu s minimální aktivitou vln poháněných větrem, ale tato data můžete zachytit zvýšením vzorkovací frekvence a průměrem výsledků. Systém Lora funguje dobře na vzdálenostech, které by poskytovaly síťovou vlnovou informaci pro více míst podél pobřeží. To by bylo ideální pro ty, kteří se zajímají o surfování. Nízké náklady a velmi malá velikost těchto nezávislých jednotek by usnadnily hledání informací o pobřeží. V současné době je sběr informací o přílivu velmi komplikovanou vládní činností závislou na infrastruktuře, ale to se může změnit s přijetím alternativních zařízení. Blynk je nyní naprogramován tak, aby mě upozornil na příští tsunami!