Akıllı Şamandıra [Özet]: 8 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Hepimiz denizi severiz. Toplu olarak tatil yapmak, su sporları yapmak ya da geçimimizi sağlamak için oraya akın ediyoruz. Ancak sahil, dalgaların insafına kalmış dinamik bir alandır. Yükselen deniz seviyeleri kumsalları kemiriyor ve kasırgalar gibi güçlü aşırı olaylar onları tamamen yok ediyor. Onları nasıl kurtaracağımızı anlamak için, değişimlerini yönlendiren güçleri anlamamız gerekir.

Araştırma pahalıdır, ancak ucuz, etkili araçlar yaratabilirseniz, daha fazla veri üretebilir ve nihayetinde anlayışı geliştirebilirsiniz. Akıllı Şamandıra projemizin arkasındaki düşünce buydu. Bu özette, size projemizin hızlı bir özetini veriyoruz ve onu tasarım, yapım ve veri sunumuna ayırıyoruz. Oh şamandıra, buna bayılacaksınız..!

Gereçler

Tam Akıllı Şamandıra yapımı için çok fazla şeye ihtiyacınız var. İlgili öğreticide yapının her aşaması için gereken belirli malzemelerin dökümünü alacağız, ancak işte tam liste:

• Arduino Nano - Amazon
• Ahududu Pi Sıfır - Amazon
• Pil (18650) - Amazon
• Güneş panelleri - Amazon
• Diyotları Engelleme - Amazon
• Şarj kontrolörü - Amazon
• Buck güçlendirici - Amazon
• GPS modülü - Amazon
• GY-86 (ivmeölçer, jiroskop, barometre, pusula) - Amazon
• Su Sıcaklık sensörü - Amazon
• Güç izleme modülü - Amazon
• Gerçek zamanlı saat modülü - Amazon
• Radyo modülleri - Amazon
• i^2c çoklayıcı modülü - Amazon
• 3D yazıcı - Amazon
• PETG filament - Amazon
• Epoksi - Amazon
• Astar sprey boya - Amazon
• İp - Amazon
• Yüzer - Amazon
• Tutkal - Amazon

Kullanılan tüm kodlar https://gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy adresinde bulunabilir.

Adım 1: Ne Yapar?

Akıllı Şamandıra üzerindeki sensörler, dalga boyunu, dalga periyodunu, dalga gücünü, su sıcaklığını, hava sıcaklığını, hava basıncını, voltajı, mevcut kullanımı ve GPS konumunu ölçmesini sağlar.

İdeal bir dünyada, dalga yönünü de ölçmüş olurdu. Şamandıranın yaptığı ölçümlere dayanarak, dalga yönünü hesaplamamızı sağlayacak bir çözüm bulmaya oldukça yaklaştık. Ancak, oldukça karmaşık olduğu ortaya çıktı ve gerçek araştırma topluluğu için büyük bir sorun. Dışarıda bize yardım edebilecek ve dalga yönü ölçümleri almanın etkili bir yolunu önerebilecek biri varsa, lütfen bize bildirin - onu nasıl çalıştırabileceğimizi anlamak isteriz! Şamandıranın topladığı tüm veriler radyo aracılığıyla Raspberry Pi olan bir baz istasyonuna gönderilir. Vue JS kullanarak bunları görüntülemek için bir pano yaptık.

Adım 2: İnşa - Şamandıra Muhafazası

Bu Şamandıra muhtemelen şu ana kadar bastığımız en zor şeydi. Denizde, elementlere ve bolca güneşe maruz kalacağı için dikkate alınması gereken o kadar çok şey vardı ki. Bunun hakkında daha sonra Smart Buoy serisinde konuşacağız.

Özetle: iki yarıya yakın içi boş bir küre yazdırdık. Üst yarıda güneş panelleri için yuvalar ve bir radyo anteninin geçmesi için bir delik bulunur. Alt yarıda bir sıcaklık sensörünün geçmesi için bir delik ve bir ipin bağlanması için bir tutamak bulunur.

PETG filament kullanarak Şamandırayı yazdırdıktan sonra, zımparaladık, biraz dolgu astarı ile püskürterek boyadık ve ardından birkaç kat epoksi koyduk.

Kabuğun hazırlanması tamamlandıktan sonra, tüm elektronik aksamları içine koyduk ve ardından su sıcaklık sensörünü, radyo antenini ve güneş panellerini bir tutkal tabancası kullanarak kapattık. Son olarak, iki yarıyı StixAll yapıştırıcı/yapıştırıcı (süper uçak yapıştırıcısı) ile kapattık.

Ve sonra su geçirmez olmasını umduk…

Adım 3: İnşa Et - Şamandıra Elektroniği

Şamandıra gemide çok sayıda sensöre sahiptir ve ilgili eğitimde bunlarla ilgili ayrıntılara giriyoruz. Bu bir özet olduğu için, bunu bilgilendirici ama kısa tutmaya çalışacağız!

Şamandıra, dört adet 5V güneş paneli tarafından şarj edilen 18650 pil ile çalışır. Bununla birlikte, yalnızca gerçek zamanlı saat sürekli olarak çalıştırılır. Şamandıra, gücün sistemin geri kalanına girmesine izin veren bir transistörü kontrol etmek için gerçek zamanlı saatin çıkış pinini kullanır. Sistem açıldığında, güç izleme modülünden bir voltaj değeri de dahil olmak üzere sensörlerden ölçümler alarak başlar. Güç izleme modülü tarafından verilen değer, bir sonraki okuma setini almadan önce sistemin ne kadar süre uyuyacağını belirler. Bu sefer için bir alarm kurulur, ardından sistem kendini kapatır!

Sistemin kendisi bir çok sensör ve bir Arduino'ya bağlı bir radyo modülüdür. GY-86 modülü, RealTimeClock (RTC), Power Monitor modülü ve I2C çoklayıcı, Arduino ile I2C kullanarak iletişim kurar. I2C çoklayıcıya ihtiyacımız vardı çünkü GY-86 ve kullandığımız RTC modülü aynı adrese sahip. Çoklayıcı modülü, biraz abartılı olsa da, fazladan bir güçlük olmadan iletişim kurmanıza izin verir.

Radyo modülü SPI aracılığıyla iletişim kurar.

Başlangıçta bir SD kart modülümüz de vardı, ancak SD kitaplığının boyutu nedeniyle çok fazla baş ağrısına neden oldu ve onu hurdaya çıkarmaya karar verdik.

Koda bir göz atın. Muhtemelen bazı sorularınız var - muhtemelen devam eden şüpheleriniz de var - ve bunları duymaktan mutlu oluruz. Derinlemesine öğreticiler kod açıklamalarını içerir, bu yüzden umarım biraz daha net hale getirirler!

Kod dosyalarını mantıksal olarak ayırmaya ve bunları eklemek için oldukça iyi çalışan bir ana dosya kullanmaya çalıştık.

Adım 4: İnşa Et - Baz İstasyonu Elektroniği

Baz istasyonu, bağlı bir radyo modülü ile bir Raspberry Pi Zero kullanılarak yapılır. Muhafazayı https://www.thingiverse.com/thing:1595429 adresinden aldık. Harikasın, çok teşekkürler!

Kodu Arduino üzerinde çalıştırdıktan sonra, listen_to_radio.py kodunu çalıştırarak Raspberry Pi üzerindeki ölçümleri almak oldukça basittir.

Adım 5: Gösterge Tablosu

Size tüm çizgiyi nasıl yaptığımızı göstermek biraz Odyssey olurdu çünkü oldukça uzun ve karmaşık bir projeydi. Bunu nasıl yaptığımızı öğrenmek isteyen varsa bize haber versin - T3ch Flicks yerleşik web geliştiricisi bu konuda bir eğitim vermekten çok mutlu olacaktır!

Bu dosyaları bir Raspberry Pi'ye yerleştirdikten sonra, sunucuyu çalıştırabilmeli ve gelen verilerle birlikte gösterge tablosunu görebilmelisiniz. Geliştirme nedenleriyle ve iyi, düzenli verilerle sağlansaydı çizginin nasıl görüneceğini görmek için, sunucuya sahte bir veri oluşturucu ekledik. Daha fazla veriye sahip olduğunuzda nasıl göründüğünü görmek istiyorsanız bunu çalıştırın. Bunu ayrıca daha sonraki bir eğitimde biraz ayrıntılı olarak açıklayacağız.

(Tüm kodu https://github.com/sk-t3ch/smart-buoy adresinde bulabileceğinizi unutmayın)

Adım 6: Sürüm 2? - Sorunlar

Bu proje kesinlikle mükemmel değil - biz onu daha çok bir prototip/kavram kanıtı olarak düşünmeyi seviyoruz. Prototip temel düzeyde çalışsa da: yüzer, ölçüm yapar ve bunları iletebilir, öğrendiğimiz ve ikinci sürüm için değiştireceğimiz çok şey var:

1. En büyük sorunumuz Şamandırayı yapıştırdıktan sonra kodunu değiştirememek oldu. Bu gerçekten biraz gözden kaçmış bir şeydi ve kauçuk bir contayla kaplanmış bir USB bağlantı noktasıyla çok etkili bir şekilde çözülebilirdi. Ancak bu, 3D baskı su yalıtım sürecine tamamen başka bir karmaşıklık katmanı eklerdi!
2. Kullandığımız algoritmalar mükemmel olmaktan uzaktı. Dalga özelliklerini belirleme yöntemlerimiz oldukça kabaydı ve manyetometre, ivmeölçer ve jiroskoptan gelen sensör verilerini birleştirmek için matematik okumaya çok zaman harcadık. Dışarıdan biri bunu anlarsa ve yardım etmeye istekliyse, bu ölçümleri çok daha doğru yapabileceğimizi düşünüyoruz.
3. Bazı sensörler biraz garip davrandı. Su sıcaklığı sensörü, özellikle tehlikeli olarak göze çarpıyordu - zaman zaman gerçek sıcaklıktan neredeyse 10 derece uzaktaydı. Bunun nedeni sadece sensör arızası olabilir ya da bir şey onu ısıtıyor olabilir…

Adım 7: Sürüm 2? - İyileştirmeler

Arduino iyiydi, ancak daha önce de belirtildiği gibi, bellek sorunları nedeniyle SD kart modülünü (radyo mesajları gönderilemiyorsa veri yedeği olması gerekiyordu) hurdaya çıkarmak zorunda kaldık. Arduino Mega veya Teensy gibi daha güçlü bir mikrodenetleyiciye değiştirebiliriz veya sadece başka bir Raspberry Pi sıfır kullanabiliriz. Ancak, bu maliyet ve güç tüketimini artıracaktır.

Kullandığımız telsiz modülü, doğrudan görüş hattı ile birkaç kilometrelik sınırlı bir menzile sahiptir. Ancak adanın etrafına (çok) çok Şamandıra yerleştirebildiğimiz varsayımsal bir dünyada, böyle bir ağ ağı oluşturabilirdik. Lora, grsm dahil olmak üzere uzun menzilli veri iletimi için pek çok olasılık var. Bunlardan birini kullanabilseydik, belki adanın etrafında bir ağ ağı mümkün olabilirdi!

Adım 8: Araştırma için Akıllı Şamandıramızı Kullanma

Güney Karayipler'de küçük bir ada olan Grenada'da Şamandıra'yı inşa ettik ve denize indirdik. Oradayken, yarattığımız gibi bir Akıllı Şamandıra'nın okyanus özelliklerinin nicel ölçümlerini sağlamada yardımcı olacağını söyleyen Grenadian hükümetiyle bir sohbetimiz oldu. Otomatik ölçümler, insan çabasını ve insan hatasını ortadan kaldıracak ve değişen kıyıları anlamak için yararlı bir bağlam sağlayacaktır. Hükümet ayrıca rüzgar ölçümleri almanın da amaçları için yararlı bir özellik olacağını öne sürdü. Bunu nasıl yöneteceğimiz hakkında hiçbir fikrim yok, bu yüzden herhangi birinin herhangi bir fikri varsa…

Önemli bir uyarı, özellikle teknoloji içeren kıyı araştırmaları için gerçekten heyecan verici bir zaman olmasına rağmen, tamamen benimsenmeden önce kat edilmesi gereken uzun bir yol var.

Smart Buoy serisi özet blog gönderisini okuduğunuz için teşekkür ederiz. Henüz yapmadıysanız, lütfen YouTube'daki özet videomuza bir göz atın.

Mail Listemize Kaydolun!

Bölüm 1: Dalga ve Sıcaklık Ölçümü Yapmak

Bölüm 2: GPS NRF24 Radyo ve SD Kartı

Bölüm 3: Şamandıra Gücünün Programlanması

Bölüm 4: Şamandırayı Yerleştirme