Smart Buoy [Rezumat]: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Cu toții iubim litoralul. Ca colectiv, ne adunăm la el pentru sărbători, pentru a ne bucura de sporturi nautice sau pentru a ne asigura existența. Dar coasta este o zonă dinamică la mila valurilor. Creșterea nivelului mării ronțăie pe plaje și evenimente extreme puternice precum uraganele le decimează complet. Pentru a înțelege cum să-i salvăm, trebuie să înțelegem forțele care le determină schimbarea.

Cercetarea este costisitoare, dar dacă ai putea crea instrumente ieftine și eficiente, ai putea genera mai multe date - îmbunătățind în cele din urmă înțelegerea. Acesta a fost gândul din spatele proiectului nostru Smart Buoy. În acest rezumat, vă oferim o descriere rapidă a proiectului nostru și îl împărțim în design, marca și prezentarea datelor. Vai, o să-ți placă asta!

Provizii

Pentru construirea completă a Smart Buoy, aveți nevoie de MULTE lucruri. Vom avea detalierea materialelor specifice necesare pentru fiecare etapă a construcției în tutorialul relevant, dar iată lista completă:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Baterie (18650) - Amazon
• Panouri solare - Amazon
• Diodele de blocare - Amazon
• Controler de încărcare - Amazon
• Buck Booster - Amazon
• Modul GPS - Amazon
• GY-86 (accelerometru, giroscop, barometru, busolă) - Amazon
• Senzor de temperatură a apei - Amazon
• Modul de monitorizare a puterii - Amazon
• Modul ceas în timp real - Amazon
• Module radio - Amazon
• Modul multiplexor i ^ 2c - Amazon
• Imprimantă 3D - Amazon
• Filament PETG - Amazon
• Epoxidic - Amazon
• Vopsea spray primer - Amazon
• Frânghie - Amazon
• Flote - Amazon
• Lipici - Amazon

Tot codul utilizat poate fi găsit la

Pasul 1: Ce face?

Senzorii de la Smart Buoy îi permit să măsoare: înălțimea valurilor, perioada de val, puterea valurilor, temperatura apei, temperatura aerului, presiunea aerului, tensiunea, utilizarea curentului și locația GPS.

Într-o lume ideală, ar fi măsurat și direcția undei. Pe baza măsurătorilor efectuate de Buoy, am fost destul de aproape de a găsi o soluție care să ne permită să calculăm direcția undei. Cu toate acestea, sa dovedit a fi destul de complicat și este o problemă masivă în comunitatea cercetătorilor. Dacă există cineva care ne poate ajuta și ne poate sugera o modalitate eficientă de a obține măsurători ale direcției undelor, vă rugăm să ne anunțați - ne-ar plăcea să înțelegem cum am putea să funcționeze! Toate datele colectate de Buoy sunt trimise prin radio la o stație de bază, care este un Raspberry Pi. Am realizat un tablou de bord pentru a le afișa folosind Vue JS.

Pasul 2: Construiți - Carcasă geamandură

Această geamandură a fost probabil cel mai dificil lucru pe care l-am tipărit până acum. Erau atât de multe lucruri de luat în considerare pe măsură ce urma să fie în mare, expuse la elemente și mult soare. Vom vorbi mai multe despre asta mai târziu în seria Smart Buoy.

Pe scurt: am imprimat o sferă aproape goală în două jumătăți. Jumătatea superioară are fante pentru panourile solare și o gaură pentru trecerea unei antene radio. Jumătatea de jos are o gaură pentru trecerea unui senzor de temperatură și un mâner pentru a fi legată o frânghie.

După tipărirea geamandurii folosind filament PETG, am șlefuit-o, am vopsit-o cu spray de grund și apoi am pus câteva straturi de epoxidic.

Odată ce pregătirea învelișului a fost finalizată, am pus toată electronica în interior și apoi am sigilat senzorul de temperatură a apei, panourile radio și panourile solare folosind un pistol de lipit. În cele din urmă, am sigilat cele două jumătăți cu adeziv / adeziv StixAll (adeziv super avion).

Și apoi am sperat că este impermeabil …

Pasul 3: Build - Buoy Electronics

Buoy are o mulțime de senzori la bord și intrăm în detaliu despre acestea în tutorialul relevant. Deoarece acesta este un rezumat, vom încerca să păstrăm această informație, dar pe scurt!

Buoy este alimentat de o baterie 18650, care este încărcată de patru panouri solare de 5V. Cu toate acestea, numai ceasul în timp real este alimentat în mod constant. Buoy folosește pinul de ieșire al ceasului în timp real pentru a controla un tranzistor care să permită intrarea puterii în restul sistemului. Când sistemul este pornit, începe prin obținerea de măsurători de la senzori - inclusiv o valoare a tensiunii de la modulul de monitorizare a puterii. Valoarea dată de modulul de monitorizare a puterii determină cât timp dorm sistemul înainte de a face următorul set de citiri. O alarmă este setată pentru acest timp, apoi sistemul se oprește!

Sistemul în sine este o mulțime de senzori și un modul radio conectat la un Arduino. Modulul GY-86, RealTimeClock (RTC), modulul Power Monitor și multiplexorul I2C comunică toate cu Arduino folosind I2C. Aveam nevoie de multiplexorul I2C, deoarece GY-86 și modulul RTC pe care le-am folosit ambele au aceeași adresă. Modulul multiplexor vă permite să comunicați fără probleme suplimentare, deși ar putea fi un pic excesiv.

Modulul radio comunică prin SPI.

Inițial, aveam și un modul de card SD, dar a provocat atât de multe dureri de cap din cauza dimensiunii bibliotecii SD încât am decis să îl abandonăm.

Uită-te la cod. Probabil că aveți câteva întrebări - probabil și îndoieli persistente - și ne-ar face plăcere să le auzim. Tutorialele detaliate includ explicații de cod, așa că sperăm că vor face ceva mai clar!

Am încercat să separăm logic fișierele de cod și să folosim un fișier principal pentru a le include, care părea să funcționeze destul de bine.

Pasul 4: Construiți - Stația electronică de bază

Stația de bază este realizată folosind un Raspberry Pi Zero cu un modul radio atașat. Am primit carcasa de la https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Ești fabulos, mulțumesc!

Odată ce codul rulează pe Arduino, este destul de simplu să obțineți măsurătorile pe Raspberry Pi executând codul listen_to_radio.py.

Pasul 5: Tablou de bord

Să vă arăt cum am făcut întreaga linie ar fi un pic Odiseea, deoarece a fost un proiect destul de lung și complicat. Dacă cineva dorește să știe cum am făcut-o, anunțați-ne - dezvoltatorul web rezident al T3ch Flicks ar fi mai mult decât fericit să facă un tutorial despre asta!

Odată ce ați pus aceste fișiere pe un Raspberry Pi, ar trebui să puteți rula serverul și să vedeți tabloul de bord cu datele care intră. Din motive de dezvoltare și pentru a vedea cum ar arăta tabloul de bord dacă ar fi furnizat de date bune și regulate, am adăugat un server de date fals pe server. Rulați asta dacă doriți să vedeți cum arată când aveți mai multe date. De asemenea, vom explica acest lucru în detaliu într-un tutorial ulterior.

(Rețineți că puteți găsi tot codul la

Pasul 6: Versiunea 2 ?? - Probleme

Acest proiect nu este absolut perfect - ne place să ne gândim mai mult ca la un prototip / dovadă a conceptului. Deși prototipul funcționează la un nivel fundamental: plutește, ia măsurători și este capabil să le transmită, există multe lucruri pe care le-am învățat și le-am schimba pentru versiunea a doua:

1. Cea mai mare problemă a noastră a fost să nu putem schimba codul pentru Buoy după ce l-am închis. Aceasta a fost într-adevăr un pic de neglijare și ar putea fi rezolvată foarte eficient cu un port USB acoperit cu o garnitură de cauciuc. Totuși, acest lucru ar fi adăugat un alt strat de complexitate procesului de impermeabilizare a imprimării 3D!
2. Algoritmii pe care i-am folosit nu erau nici pe departe perfecți. Metodele noastre de determinare a proprietăților undei au fost destul de grosolane și am ajuns să ne petrecem mult timp citind matematica pentru combinarea datelor senzorilor de la magnetometru, accelerometru și giroscop. Dacă cineva înțelege acest lucru și este dispus să ajute, credem că am putea face aceste măsurători mult mai precise.
3. Unii dintre senzori au acționat puțin ciudat. Senzorul de temperatură a apei a fost cel care s-a remarcat ca fiind deosebit de obositor - cu aproape 10 grade în afară de temperatura reală uneori. Motivul pentru acest lucru ar fi putut fi doar faptul că a fost un senzor prost, sau ceva l-a încălzit …

Pasul 7: Versiunea 2 ?? - Îmbunătățiri

Arduino a fost bun, dar așa cum am menționat anterior, a trebuit să abandonăm modulul cardului SD (care ar fi trebuit să fie copierea de rezervă a datelor în cazul în care mesajele radio nu au putut trimite) din cauza problemelor de memorie. L-am putea schimba într-un microcontroler mai puternic, cum ar fi un Arduino Mega sau un Teensy sau pur și simplu să folosim un alt Raspberry Pi zero. Cu toate acestea, acest lucru ar fi crescut costul și consumul de energie.

Modulul radio pe care l-am folosit are o autonomie limitată de câțiva kilometri cu linie de vedere directă. Cu toate acestea, într-o lume ipotetică în care am reușit să punem (foarte) multe geamanduri în jurul insulei, am fi putut forma o rețea de plasă ca aceasta. Există atât de multe posibilități pentru transmiterea pe termen lung a datelor, inclusiv lora, grsm. Dacă am putea folosi una dintre acestea, poate ar fi posibilă o rețea mesh în jurul insulei!

Pasul 8: Folosirea geamandurii noastre inteligente pentru cercetare

Am construit și lansat Buoy în Grenada, o mică insulă din sudul Caraibelor. În timp ce am fost acolo, am purtat o discuție cu guvernul grenadian, care a spus că o geamandură inteligentă precum cea pe care am creat-o ar fi utilă pentru a furniza măsurători cantitative ale caracteristicilor oceanului. Măsurătorile automate ar elimina eforturile umane și erorile umane și ar oferi un context util pentru înțelegerea schimbării coastelor. Guvernul a sugerat, de asemenea, că măsurarea vântului ar fi, de asemenea, o caracteristică utilă pentru scopurile lor. Nici o idee despre cum o vom gestiona, așa că dacă cineva are idei …

O avertizare importantă este că, deși este un moment foarte interesant pentru cercetarea costieră, care implică în special tehnologia, mai este un drum lung de parcurs înainte ca aceasta să poată fi adoptată pe deplin.

Vă mulțumim că ați citit rezumatul articolului de pe seria Smart Buoy. Dacă nu ați făcut-o deja, vă rugăm să aruncați o privire la rezumatul videoclipului nostru de pe YouTube.

Înscrieți-vă la lista noastră de distribuție!

Partea 1: Măsurarea valurilor și a temperaturii

Partea 2: Radio GPS NRF24 și card SD

Partea 3: Programarea puterii la geamandură

Partea 4: Implementarea geamandurii