WetRuler - Măsurarea înălțimii oceanului: 8 pași (cu imagini)

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

Anunțul a venit la începutul acestei veri că zona din Alaska, numită Prince William Sound, va fi lovită în mod neașteptat de un tsunami inițiat de încălzirea globală. Oamenii de știință care au făcut descoperirea au arătat către o zonă de gheață care se retrăgea rapid, care lăsase în urmă un munte de resturi care se va strecura într-un fiord și va iniția un val de 30 de picioare care va atinge în cele din urmă orașul Whittier. Acest lucru s-a întâmplat înainte, în timpul cutremurului din 1964, când tremurătura a inițiat multiple tsunami în fiordurile înconjurătoare și a devastat coasta, inclusiv Whittier și Valdez, cu multiple decese. Bărcile de croazieră deja ferite de virus au decis să nu se apropie de zonă și USFS a oferit rambursări pentru orice cabine care fuseseră închiriate. O săptămână mai târziu, un avertisment de tsunami a lovit toate telefoanele noastre mobile! Un far subacvatic detectase un val asociat cu un mic cutremur în largul coastei. Toate orașele regionale au fost rugate să evacueze dacă sunt lângă apă. A ajuns la nimic. Cum măsurați aceste evenimente? Acest instructabil detaliază construirea de senzori mici care sunt capabili să măsoare înălțimea oceanului și să trimită datele fie către un receptor LORA, fie direct către GSM. Unitățile sunt compacte și par rezistente la mediul înconjurător și sunt acționate cu energie solară. Le-am testat aici pentru a obține înălțimi de maree reproductibile, dar acestea ar putea fi utilizate și pentru înălțimea valurilor și predicțiile tsunami.

Pasul 1: Strângeți-vă materialele

Există două unități de trimitere pe care le-am construit - una implică încărcarea GSM (telefon mobil) și cealaltă încărcarea LORA. De asemenea, ați putea lua în considerare interfața cu un far satelit, deoarece multe dintre aceste zone nu au acoperire cu telefonul mobil. Senzorul din centrul acestor instrumente este MS5803-14BA, iar utilizarea și asamblarea acestuia în diferite scenarii pot fi găsite pe aceste site-uri web: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… și http: / /owhl.org. Al doilea dintre acestea prezintă un dispozitiv de înregistrare la distanță cu design strălucitor, cu propriul PCB conceput personalizat pentru măsurarea pe termen lung a înălțimii valurilor. Senzorii păreau să fie toleranți la apă timp de luni până la un an, în funcție de configurare.

1. MS5803-14BA - le puteți obține de la DigiKey pentru 13 USD, dar trebuie să faceți o lucrare de lipire de suprafață sau să obțineți o placă de rupere prefabricată de la SparkFun, dar vă va restitui 60 USD. Dacă îl faceți DIY, veți avea nevoie de o placă mică Adafruit pentru a-l lipi și de un gel de lipit cu temperatură scăzută (140F) pe care l-am considerat util. Proiectul cavepearl are un tutorial excelent despre cum să le lipiți manual - vă sugerăm să obțineți o stație de relucrare ieftină de la Amazon pentru 30 USD.

2. LILYGO 2buc TTGO LORA32 868 / 915Mhz ESP32 LoRa - 27 USD acestea sunt pentru cutia LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55 - aceasta este o placă grozavă. Funcționează perfect cu simul Hologram. Din păcate, nu am reușit ca Sim Arduino să lucreze cu noul lor serviciu, în ciuda încercărilor multiple. Dacă aveți în continuare acces la serviciul 2GM, puteți merge cu ceva mai ieftin, dar care a eșuat complet în Alaska.

4. Celule solare Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Panel Module DIY for Light Toys Charger 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 Baterie 4 USD

6. TP4056 - încărcător 1 USD

7. Comutați comutatorul robust de pornire / oprire din metal cu inel cu LED verde - 16 mm verde pornit / oprit 5 USD

8. Icstation 1S 3.7V Indicator de tensiune a bateriei litiu-ion 4 secțiuni Afișaj LED albastru 2 USD

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout - dispozitiv de sincronizare mic și strălucitor 6,00 USD

10. MOSFET de alimentare cu canal N - 30V / 60A 1,75 USD

11. Modulul diferențial I2C Long Cable Extender PCA9600 de la SandboxElectronics X2 (18 USD fiecare) - există un succes menționat cu cabluri lungi pentru I2C în literatura de specialitate, dar cu maree zilnice de 25 de picioare în Alaska aveți nevoie de cabluri lungi … oh, da câțiva cabluri.. Am folosit cablu cutie mare 23 g 4 perechi răsucite, potrivit pentru exterior.

12. Adafruit BMP388 - Presiune barometrică de precizie și altimetru 10 USD

Pasul 2: Construiți senzorii

Senzorii trebuie lipiți la suprafață pe PCB mici. Cele două lucrări anterioare vă oferă câteva indicii despre cum să o faceți. Am cumpărat atât senzorii, cât și plăcile mici de la Digikey. Folosiți lipitorul cu temperatură scăzută de la Adafruit și tamponați doar cea mai mică cantitate adiacentă la picioarele senzorului în timp ce îl așezați pe tablă. Folosiți o suflantă de prelucrare pentru a o topi în loc. Nu am reușit să fac acest lucru bine cu configurarea mea de lipit mâna și am ajuns să scurtcircuit unele dintre tampoane. Restul cablajului dacă verificați corect cablurile dvs. este ușor - punerea unui condensator mic (0,1n) între cablurile de alimentare și masă și ridicarea cablurilor CS și PSB Hi pentru a iniția I2C și a controla adresa pentru senzor. (A se vedea desenul) Aveți două opțiuni 0 X 76 Hi și 0 X 77 pentru Lo. Am folosit-o pe amândouă pentru a forma o baghetă de senzori cu senzorii așezați la un picior distanță pentru a oferi diferențial de presiune indiferent de măsurarea dvs. Am proiectat o carcasă tipărită 3D pentru senzor pentru a permite ca acesta să fie încapsulat complet în epoxidic clar. Gura monturii conului se potrivește perfect gâtului minuscul din inox al senzorului și plasarea etanșată se realizează cu un inel mic de super-adeziv care îl ține în poziție și îl sigilează pentru încapsulare epoxidică.

Pasul 3: Imprimați 3D locuința

Cele două carcase principale pentru GSM și Lora sunt la fel cu inserțiile panourilor laterale pentru panourile solare. Singurul mod pentru Lora a fost gaura antenei din partea superioară, care trebuie să fie găurită în funcție de diametrul unității. Antena GSM se potrivește în cealaltă cutie. Panoul de control din fiecare este identic cu orificiile pentru PORNIRE / OPRIRE și buton pentru a porni ecranul nivelului bateriei. Picioarele sunt imprimate separat și lipite pe carcase la colțuri și oferă diverse opțiuni de montare. Turela mică și capacul cu șurub sunt lipite în jurul deschiderii pentru montarea microUSB pentru a o proteja de incursiunea apei. Unitatea este practic foarte rezistentă la apă și imprimată în PETG pentru a minimiza distorsiunea căldurii. Am folosit suporturi de șurub din alamă cu inserție termică în carcasa principală pentru șuruburi de 3 mm în carcasă. Există fișiere pentru două suporturi pentru senzori - unul are doi senzori montați la un picior distanță pe o baghetă din plastic lucit cu un suport pentru cutia I2C „booster” cu circuitul montat și epoxidat în interior. Această baghetă are, de asemenea, două găuri imprimate 3D pentru a se potrivi opțiunilor de montare. Cealaltă carcasă a senzorului este un singur disc cu unul dintre senzori înșurubat în el și un decupaj în spate pentru „booster” I2C epoxidat în el. Toate acestea sunt tipărite în PETG. Fișierele rămase sunt carcasa minusculă pentru unitatea receptor Lora cu fereastră mică pentru OLED.

Pasul 4: conectați-l

Senzorii sunt conectați în paralel cu liniile SDA, liniile SCL, Pos și Gnd toate unite într-un singur cablu răsucit cu patru conductori. Amplificatoarele I2C sunt foarte ușor de utilizat - atașând ambii senzori la liniile de intrare și cablul lung intermediar de până la 60 de metri atașat la același tip de unitate receptoare. Dacă mergeți mai mult, poate fi necesar să schimbați rezistențele de tragere de pe plăci. Schemele de cablare pentru restul sunt deasupra. Circuitul funcționează printr-un comutator de pornire / oprire care trimite puterea către Adafruit TPL5111, care este setat pentru 57 ohmi pentru a-și activa opțiunea la fiecare 10 minute - puteți, desigur, regla acest lucru pentru o frecvență de transmisie a datelor mai mică sau mai mare. Aceasta controlează un MOSFET pe solul plăcii principale (fie Lora, fie Arduino 400 GSM). (Am constatat că plăcile precum GSM și ESP32 au o putere prea mare pentru TPL, cu excepția cazului în care utilizați un MOSFET cu ele …) Alimentarea pentru senzori și BMP388 provin de pe placa principală când este pornit: 3v. Rezistențele de tragere sunt pe amplificatoarele I2C și nu aveți nevoie de ele pentru senzorii de pe acest circuit. Placa de încărcare TP4056 funcționează excelent cu cele două panouri solare și bateria 18650 atașată. Butonul conectează doar ieșirea bateriei la ecranul mic al nivelului bateriei. Cei doi senzori atașați la bagheta lucite utilizează cele două adrese disponibile, inclusiv adresa BMP388 (0 X 77), deci trebuie să conectați BMP cu SPI la plăcile principale dacă utilizați doi senzori de presiune a apei. Dacă utilizați doar unul (pucul) îl puteți conecta la I2C și puteți utiliza adresa disponibilă rămasă (0 X 77) pentru BMP.

Pasul 5: Construiește-l

Am folosit plăci de perf pentru a batjocori totul. Placa principală TPL, BMP a mers pe o singură placă. Comutatoarele au fost înșurubate în poziție cu garniturile de cauciuc. Placa încărcătorului se montează pe stabilizatorul plăcii frontale de control cu microUSB-ul orientat spre exterior. Turela de protecție a apei a fost lipită în față și capacul cu șurub a fost etanșat cu niște grăsimi de siliciu pe fire. Bagheta de lucit a fost decupată din două straturi de 1/4 din plastic, cu senzorii montați exact la un picior distanță. Suporturile de găuri imprimate 3D au fost plasate pe capete și amplificatorul I2C a fost înșurubat în mijloc, unde au fost realizate toate conexiunile de sârmă. Senzorul Puck a fost imprimat 3D, iar amplificatorul a fost epoxidat în interior și conectat la senzorul unic. O gaură a fost găurită în partea superioară a unității Lora pentru a găzdui antena și au fost așezate găuri în spatele fiecărei unități pentru a găzdui firul de la senzori. Este prevăzută o reținere a firului tipărit 3D. Legați cu fermoar firul de acesta după ce l-ați lipit la loc. Toate conexiunile de sârmă sunt contracte de căldură marină și apoi vopsite cu bandă electrică lichidă pentru securitatea apei.

Pasul 6: Programați-l

Programul nu prea are mult. Se bazează în mare măsură pe bibliotecile furnizate pentru senzori --- care funcționează perfect și pe miracolul software-ului GSM Blynk pentru placa Arduino care se conectează perfect cu Hologram Cloud. Înscrieți-vă pentru un cont Hologram și obțineți o cartelă SIM de la acestea pentru a o plasa pe placa dvs. Arduino 400 GSM. Procesul de strângere de mână este gestionat de biblioteca Blynk - GSM Arduino. Adafruit a scris biblioteca pentru BMP și eu am folosit biblioteca SparkFun pentru MS5803. Ambele furnizează ieșiri de temperatură de la senzori dacă doriți. Pinii reglați de software pot folosi aproape orice pe placa principală. Am folosit rutina de temporizare Blynk pentru a nu suprasolicita accidental aplicația Blynk. Desigur, trebuie să fiți atenți la cantitatea de date pe care o puneți prin linkul GSM-Hologram sau puteți obține o factură mică - nu prea mult - a folosit aproximativ 3 MB pe săptămână, care ajunge la aproximativ 40 de cenți. Încărcam doar cele trei măsurători de presiune - 2 din apă și una din carcasă (BMP). Ultima parte a programului este oprirea TPL prin ridicarea la HI a pinului terminat de pe unitatea care spune că datele au fost transferate. Aplicația Blynk este minunată ca întotdeauna și puteți proiecta orice fel de ecran de ieșire doriți, iar cea mai bună parte este capacitatea de a descărca pila de date prin e-mail oricând doriți.

Unitatea Lora folosește aceleași biblioteci și folosește o unitate OLED (am oprit acest lucru în software-ul unității expeditorului pentru a economisi energie) și setează frecvența pentru locația dvs. particulară. Apoi, construiește un șir de date cu separatoare care îi permit să trimită citirile senzorului într-o singură fotografie. Apoi își activează pinul terminat pentru a opri. Unitatea receptorului desparte cuvântul și trimite informațiile către aplicația Blynk printr-un link WIFI întotdeauna. Receptorul este incredibil de mic și se conectează la un neg.

Pasul 7: Folosirea acestuia

Fața senzorului mic captează cu un grad ridicat de precizie toată forța de presiune asupra sa de sus - aceasta include toată presiunea aerului și a apei. Deci, schimbările intermitente ale înălțimii oceanului - cum ar fi valurile și modificările presiunii aerului din furtunile de deasupra oceanului, îl afectează. Acesta este motivul pentru care ați inclus senzorul de presiune barometrică în carcasă (asigurați-vă că furnizați câteva găuri mici de aer pentru a permite citirea corectă). Bagheta senzorului cu cei doi senzori este ancorată în ocean la o adâncime în care va fi acoperită de apă chiar și la mareea joasă. Este arbitrar la ce adâncime plasați senzorii, deoarece acestea vor măsura doar schimbarea înălțimii coloanei de apă deasupra nu înălțimii absolute. Am folosit o cărămidă ca ancoră cu o frânghie atașată pentru a monta bagheta senzorului la câțiva metri de jos. Un plutitor a fost atașat la polul superior al baghetei pentru a ține senzorii în piciorul lor orientat vertical. Sârmele de perechi răsucite și coarda au dus la un doc unde au fost legate cu multă libertate pentru a găzdui excursia la maree. Unitatea expeditor GSM a fost montată pe o barcă din apropiere. Monitorizarea a avut loc peste o lună. Cei doi senzori au dat citiri separate în mod constant de 28 de unități, ceea ce a reprezentat diferența de presiune într-un picior de apă în acea locație. Presiunea barometrică a fost scăzută din datele senzorului inferior și împărțită la 28 pentru a da un echivalent de picior cu creșterea și scăderea suprafeței oceanului pe perioade de 10 minute. Graficul de mai sus oferă comparația cu graficul NOAA pentru aceeași perioadă de dată. Senzorul / picioarele reale de creștere și cădere a fost verificat față de mișcarea reală a docului și sa constatat că este exact la 1/2 inch. Chiar și cu utilizarea ridicată a energiei GSM transmite la fiecare zece minute, panourile solare sunt ușor de menținut cu cererea în acest mediu slab de pădure tropicală.

Pasul 8: Mai multe

Utilizările anterioare ale acestor senzori de către sursele deja menționate au fost pentru studierea înălțimii valurilor. Rezultatele mele au fost dintr-un port calm, cu activitate minimă a valului condus de vânt, dar puteți capta aceste date crescând frecvența de eșantionare și având media rulantă a rezultatelor. Sistemul Lora funcționează bine la distanțe care ar furniza o rețea de plasă de informații despre valuri pentru mai multe locații de-a lungul unei coaste. Acest lucru ar fi ideal pentru cei interesați de activități de surf. Costul redus și dimensiunea foarte mică a acestor unități independente ar face ca ieșirea din informațiile de coastă să fie o sarcină ușoară. În prezent, captarea informațiilor despre maree este o activitate guvernamentală foarte complicată și dependentă de infrastructură, dar acest lucru se poate schimba odată cu adoptarea de dispozitive alternative. Blynk este acum programat să mă anunțe despre următorul tsunami!