WetRuler--Okyanus Yüksekliğini Ölçme: 8 Adım (Resimlerle)

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

Duyuru, bu yazın başlarında, Alaska'da Prens William Sesi olarak adlandırılan bölgenin, küresel ısınmanın başlattığı Tsunami tarafından beklenmedik bir şekilde etkileneceğine dair geldi. Keşfi yapan bilim adamları, bir fiyorta kayacak ve sonunda Whittier kasabasını vuracak 30 metrelik bir dalgayı başlatacak bir enkaz dağının arkasında hızla geri çekilen bir buz alanına işaret ettiler. Bu daha önce, sarsıntının çevredeki fiyortlarda birden fazla tsunami başlattığı ve Whittier ve Valdez dahil kıyıları birden fazla ölümle harap ettiği 1964 depremi sırasında oldu. Zaten virüsten temkinli olan kruvaziyer tekneleri bölgeye yaklaşmamaya karar verdi ve USFS, kiralanan kabinler için geri ödeme teklif etti. Bir hafta sonra bir Tsunami uyarısı tüm cep telefonlarımızı vurdu! Bir sualtı feneri, kıyı açıklarında küçük bir depremle bağlantılı bir dalga tespit etmişti. Tüm bölge kasabalarına suya yakınsa tahliye etmeleri söylendi. Hiçbir şeye gelmedi. Bu olayları nasıl ölçüyorsunuz? Bu Eğitilebilirlik, okyanus yüksekliğini ölçebilen ve verileri bir LORA alıcısına veya doğrudan GSM'ye gönderebilen küçük sensörlerin yapısını detaylandırır. Üniteler kompakttır ve çevrelerine karşı dayanıklı görünürler ve güneş enerjisiyle çalışırlar. Onları burada tekrarlanabilir gelgit yükseklikleri elde etmek için test ettim, ancak dalga yüksekliği ve Tsunami tahminleri için de kullanılabilirler.

Adım 1: Malzemelerinizi Toplayın

Yaptığım iki gönderme birimi var - biri GSM(cep telefonu) yüklemesini ve diğer LORA yüklemesini içeriyor. Bu alanların birçoğunda cep telefonu kapsama alanı bulunmadığından, bir Uydu sinyali ile arayüz oluşturmayı da düşünebilirsiniz. Bu cihazların kalbindeki sensör MS5803-14BA'dır ve farklı senaryolarda kullanımı ve montajı şu web sitelerinde bulunabilir: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…ve http:/ /owhl.org. Bunlardan ikincisi, uzun süreli dalga yüksekliği ölçümü için kendi özel tasarımlı PCB'si ile mükemmel bir şekilde tasarlanmış bir uzak kaydediciyi gösterir. Sensörler, kuruluma bağlı olarak aylar ila bir yıl boyunca suya toleranslı görünüyordu.

1. MS5803-14BA--bunları DigiKey'den 13$'a alabilirsiniz, ancak bazı yüzey lehimleme işleri yapmanız veya SparkFun'dan önceden yapılmış bir devre kartı almanız gerekir, ancak bu size 60$'a mal olur. Kendiniz yaparsanız, lehimlemek için küçük bir Adafruit tahtasına ve yararlı bulduğum bir miktar düşük sıcaklık lehim jeline (140F) ihtiyacınız olacak. Cavepearlproject, bunları nasıl lehimleyeceğinize dair harika bir öğreticiye sahip - Amazon'dan 30 dolara ucuz bir yeniden işleme istasyonu almanızı öneririm.

2. LILYGO 2 adet TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa--27$ bunlar LORA kutusu içindir.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 55 $--bu harika bir tahta. Hologram sim ile mükemmel çalışır. Ne yazık ki, Arduino Sim'lerini birden fazla denemeye rağmen yeni hizmetlerinde çalıştıramadım. Hala 2GM hizmetine erişiminiz varsa, daha ucuz bir şeyle gidebilirsiniz, ancak bu Alaska'da tamamen başarısız oldu.

4. Güneş Pilleri Uxcell 2 Adet 6V 180mA Poli Mini Güneş Pili Panel Modülü DIY Hafif Oyuncaklar için Şarj Cihazı 133mm x 73mm $8

5. 18650 Pil 4 $

6. TP4056--şarj cihazı $1

7. Yeşil LED Halkalı Sağlam Metal Açma/Kapama Anahtarı - 16mm Yeşil Açma/Kapama $5

8. Icstation 1S 3.7V Lityum İyon Pil Voltaj Test Cihazı Göstergesi 4 Bölüm Mavi LED Ekran $2

9. Adafruit TPL5111 Düşük Güç Zamanlayıcı Koparma - parlak küçük zamanlama cihazı 6,00 $

10. N-kanallı güç MOSFET - 30V / 60A $1,75

11. SandboxElectronics X2'den Diferansiyel I2C Uzun Kablo Uzatıcı PCA9600 Modülü (her biri 18 $) -- literatürde I2C için uzun kablolarda bahsedilen bazı başarılar var, ancak Alaska'da günlük 25 foot gelgitlerde uzun kablolara ihtiyacınız var… oh evet biraz kablo.. Dış mekana uygun big box 23g 4 bükümlü çift kablo kullandım.

12. Adafruit BMP388 - Hassas Barometrik Basınç ve Altimetre 10$

2. Adım: Sensörleri Oluşturun

Sensörler, küçük PCB'lere yüzey lehimlenmelidir. Önceki iki çalışma size bunun nasıl yapılacağı hakkında bazı ipuçları veriyor. Hem sensörleri hem de minik panoları Digikey'den aldım. Adafruit'in düşük sıcaklıklı lehimini kullanın ve kartın üzerine yerleştirirken sensörün ayaklarına bitişik olan en küçük miktarı sürün. Yerine eritmek için bir yeniden işleme üfleyici kullanın. El lehimleme kurulumumda bunu iyi yapamadım ve bazı pedleri kısalttım. Kablolarınızı doğru bir şekilde kontrol ederseniz kabloların geri kalanı kolaydır - güç ve toprak kabloları arasına küçük bir kapasitör (0,1n) koymak ve I2C'yi başlatmak ve sensörün Adresini kontrol etmek için CS ve PSB uçlarını Hi yükseltmek. (Çizime bakın) Lo için 0 X 76 Hi ve 0 X 77 olmak üzere iki seçeneğiniz var. Her ikisini de, ölçümünüz ne olursa olsun basınç farkını vermek için bir ayağı birbirinden ayıran sensörlerle bir sensör çubuğu oluşturmak için kullandım. Sensörün tamamen şeffaf epoksi ile kaplanmasını sağlamak için 3D baskılı bir muhafaza tasarladım. Koni yuvasının ağzı, sensörün küçük paslanmaz boynuna mükemmel bir şekilde uyar ve sızdırmaz yerleştirme, onu yerinde tutan ve epoksi kapsülleme için sızdırmaz hale getiren küçük bir süper yapıştırıcı halkası ile gerçekleştirilir.

3. Adım: Muhafazanızı 3D Bastırın

GSM ve Lora için iki ana muhafaza, güneş panelleri için yan panel ekleriyle aynıdır. Lora için tek mod, ünitenizin çapına bağlı olarak delinmesi gereken üstteki anten deliğiydi. GSM anteni diğer kutunun içine sığar. Her birinde kontrol paneli, AÇMA/KAPAMA delikleri ve pil seviyesi ekranını açmak için basma düğmesi ile aynıdır. Ayaklar ayrı olarak basılmış ve köşelerdeki kasalara süper yapıştırılmış ve çeşitli montaj seçenekleri sunuyor. Küçük taret ve vidalı kapak, su girişinden korumak için microUSB yuvasının açıklığının etrafına yapıştırılmıştır. Ünite temelde suya çok dayanıklıdır ve ısı bozulmasını en aza indirmek için PETG'de basılmıştır. Kasadaki 3 mm vidalar için ana muhafazada ısı gömme pirinç vida yuvaları kullandım. Sensörler için iki montaj için dosyalar vardır - birinde, devre monte edilmiş ve içeride epoksi ile kaplanmış I2C "güçlendirici" kutusu için bir montaj ile bir lucite plastik çubuk üzerine bir ayak ayrı monte edilmiş iki sensör vardır. Bu asa ayrıca montaj seçeneklerine uyum sağlamak için iki adet 3D baskılı deliğe sahiptir. Diğer sensör muhafazası, sensörlerden birinin içine vidalandığı ve içine epoksilenmiş I2C "güçlendirici" için arkada bir oyuk bulunan tek bir disktir. Bunların hepsi PETG'de basılmıştır. Kalan dosyalar, OLED için küçük pencereli Lora alıcı ünitesinin küçük muhafazasıdır.

Adım 4: Kablolayın

Sensörler, SDA hatları, SCL hatları, Pos ve Gnd ile paralel olarak kablolanmıştır ve tümü dört iletkenli tek bir bükülü kabloda birleştirilmiştir. I2C güçlendiricilerin kullanımı çok kolaydır - her iki sensörü de giriş hatlarına ve aradaki 60 metreye kadar uzun kabloyu aynı tip alıcı üniteye bağlar. Daha uzun sürerseniz, kartlardaki yukarı çekme dirençlerini değiştirmeniz gerekebilir. Geri kalanı için bağlantı şemaları yukarıdadır. Devre, Etkinleştirmeyi her 10 dakikada bir yükseğe çevirmek için 57 ohm'a ayarlanmış Adafruit TPL5111'e güç gönderen açma/kapama anahtarıyla çalışır - elbette bunu daha az veya daha fazla veri iletim frekansı için ayarlayabilirsiniz. Bu, ana kartın zeminindeki bir MOSFET'i kontrol eder (Lora veya Arduino 400 GSM). (GSM ve ESP32 gibi kartların, MOSFET kullanmadığınız sürece TPL için çok büyük bir güç çekişine sahip olduğunu buldum…) Sensörler ve BMP388, açıkken ana karttan geliyor: 3v. Yukarı çekme dirençleri I2C güçlendiriciler üzerindedir ve bu devredeki sensörler için bunlara ihtiyacınız yoktur. Şarj kartı TP4056, iki güneş paneli ve takılı 18650 pil ile harika çalışıyor. Basma düğmesi, pil çıkışını küçük pil seviyesi ekranına bağlar. Lucite çubuğuna bağlı iki sensör, BMP388 (0 X 77) adresi de dahil olmak üzere mevcut iki adresi kullanır, bu nedenle iki su basıncı sensörü kullanıyorsanız, BMP'yi SPI ile ana kartlara bağlamanız gerekir. Yalnızca birini (paketi) kullanıyorsanız, onu I2C ile bağlayabilir ve BMP için kalan kullanılabilir adresi (0 X 77) kullanabilirsiniz.

Adım 5: İnşa Edin

Her şeyi alay etmek için mükemmel tahtalar kullandım. Ana kart TPL, BMP'nin tümü tek bir panoya gitti. Anahtarlar, lastik rondelaları ile yerine vidalanmıştır. Şarj kartı, microUSB dışarı bakacak şekilde kontrol yüz plakasının payandasına monte edilir. Su koruma kulesi ön tarafa süper yapıştırılmış ve vidalı kapak dişler üzerinde bir miktar silikon gresi ile kapatılmıştır. Lucite değnek, sensörler tam olarak bir ayak arayla monte edilmiş olarak iki kat 1/4 plastikten kesildi. Uçlara 3D baskılı delik yuvaları yerleştirildi ve tüm kablo bağlantılarının yapıldığı ortada I2C güçlendirici vidalandı. Disk sensörü 3D yazdırıldı ve güçlendirici içeride epoksi uygulandı ve bir sensöre bağlandı. Lora ünitesinin üst kısmına anteni yerleştirmek için bir delik açılmış ve sensörlerden gelen teli yerleştirmek için her ünitenin arkasına delikler yerleştirilmiştir. 3D baskılı bir tel tutucu sağlanmıştır. Yerine yapıştırdıktan sonra teli sıkıştırın. Tüm tel bağlantıları marin ısıyla büzüştürülmüş ve daha sonra su güvenliği için sıvı elektrik bandı ile boyanmıştır.

Adım 6: Programlayın

Programda pek bir şey yok. Mükemmel çalışan sensörler için sağlanan kitaplıklara ve Hologram Bulutu ile mükemmel bir şekilde birleşen Arduino kartı için GSM Blynk yazılımının mucizesine büyük ölçüde güveniyor. Bir Hologram hesabına kaydolun ve onlardan Arduino 400 GSM kartınıza yerleştirmek için bir SIM kart alın. El sıkışma sürecinin tamamı Blynk-GSM Arduino kütüphanesi tarafından gerçekleştirilir. Adafruit kütüphaneyi BMP için yazdı ve ben MS5803 için SparkFun kütüphanesini kullandım. İsterseniz her ikisi de sensörlerinizden sıcaklık çıkışları sağlar. Yazılım ayarlı pinler, ana karttaki hemen hemen her şeyi kullanabilir. Blynk uygulamasını yanlışlıkla aşırı yüklememek için Blynk zamanlayıcı rutinini kullandım. Tabii ki GSM-Hologram bağlantısına koyduğunuz veri miktarına dikkat etmelisiniz, yoksa küçük bir fatura ödeyebilirsiniz - çok fazla değil - haftada yaklaşık 3MB kullanıyor ve bu da yaklaşık 40 sente geliyor. Yalnızca üç basınç ölçümünü yüklüyordum - 2'si su altından ve biri kasadan (BMP). Programın son kısmı, verinin aktarıldığını söyleyen ünite üzerindeki done pinini HI konumuna yükselterek TPL'yi kapatmaktır. Blynk uygulaması her zamanki gibi harika ve istediğiniz herhangi bir çıktı ekranı tasarlayabilirsiniz ve en iyi yanı, veri yığınınızı istediğiniz zaman e-posta ile indirebilmenizdir.

Lora ünitesi aynı kitaplıkları kullanır ve bir OLED ünitesi kullanır (enerji tasarrufu için gönderen birimin yazılımında bunu kapattım) ve belirli konumunuz için frekansı ayarlar. Ardından, sensör okumalarınızı tek seferde göndermesine izin veren ayırıcılara sahip bir veri dizisi oluşturur. Daha sonra kapatmak için bitmiş pinini etkinleştirir. Alıcı birim sözcüğü böler ve bilgileri her zaman açık bir WIFI bağlantısı üzerinden Blynk uygulamasına gönderir. Alıcı inanılmaz derecede küçüktür ve bir duvar siğiline takılır.

Adım 7: Kullanmak

Küçük sensör yüzü, üzerindeki tüm basınç kuvvetini yüksek bir doğruluk derecesi ile alır - buna tüm hava ve su basıncı dahildir. Okyanus yüksekliğindeki aralıklı değişiklikler - okyanusun üzerindeki fırtınalardan kaynaklanan dalgalar ve hava basıncındaki değişiklikler gibi, hepsi onu etkiler. Kasaya Barometrik Basınç sensörünün dahil edilmesinin nedeni budur (doğru okumasını sağlamak için birkaç küçük hava deliği sağladığınızdan emin olun). İki sensörlü sensör çubuğu, okyanusa, gelgitin alçalması durumunda bile su ile kaplı olacağı bir derinlikte demirlenir. Sensörleri hangi derinliğe yerleştireceğiniz isteğe bağlıdır, çünkü bunlar yalnızca mutlak yüksekliğin üzerindeki su sütununun yüksekliğindeki değişikliği ölçmeyeceklerdir. Sensör çubuğunu alttan birkaç fit uzağa monte etmek için bir ip takılı bir tuğlayı ankraj olarak kullandım. Sensörleri dikey yönde ayrı tutmak için çubuğun üst kutbuna bir şamandıra takıldı. Bükülmüş tel çifti ve ip, gelgit gezintisine uyum sağlamak için çok fazla gevşeklikle bağlandıkları bir rıhtıma götürdü. GSM gönderici ünitesi yakındaki bir tekneye monte edildi. İzleme bir aydan fazla sürdü. İki sensör, o konumdaki bir fitlik sudaki basınç farkını temsil eden 28 birim ile tutarlı bir şekilde ayrılmış okumalar verdi. Barometrik basınç, alt sensör verilerinden çıkarıldı ve 10 dakikalık periyotlar boyunca okyanus yüzeyinin yükseliş ve düşüşünün ayak eşdeğerini vermek için 28'e bölündü. Yukarıdaki tablo, aynı tarih dönemi için NOAA grafiği ile karşılaştırmayı vermektedir. Gerçek yükselme ve düşme sensörü/ayakları, bağlantı istasyonunun gerçek hareketine karşı kontrol edildi ve 1/2 inç'e kadar doğru olduğu bulundu. Her on dakikada bir GSM iletiminin yüksek enerji kullanımına rağmen, güneş panelleri bu loş yağmur ormanı ortamında talebi kolayca karşılıyor.

8. Adım: Daha Fazlası

Bu sensörlerin daha önce bahsedilen kaynaklar tarafından önceki kullanımları, dalga yüksekliğini incelemek içindi. Sonuçlarım, minimum rüzgar kaynaklı dalga aktivitesine sahip sakin bir limandandı, ancak bu verileri, örnekleme sıklığını artırarak ve sonuçların yuvarlanan ortalamalarını alarak yakalayabilirsiniz. Lora sistemi, bir kıyı boyunca birden fazla konum için bir ağ dalga bilgisi ağı sağlayacak mesafelerde iyi çalışır. Bu, sörf aktiviteleriyle ilgilenenler için ideal olacaktır. Bu bağımsız birimlerin düşük maliyeti ve çok küçük boyutları, kıyı bilgilerinden et çıkarmayı kolay bir iş haline getirecektir. Şu anda gelgit bilgilerinin yakalanması çok karmaşık ve altyapıya bağlı bir hükümet faaliyetidir, ancak bu, alternatif cihazların benimsenmesiyle değişebilir. Blynk şimdi beni bir sonraki Tsunami'den haberdar etmeye programlandı!