WetRuler-мұхит биіктігін өлшеу: 8 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Осы жаздың басында Аляскадағы ханзада Уильям Саунд деп аталатын аймаққа күтпеген жерден цунами басталған жаһандық жылыну әсер ететіні туралы хабарланды. Бұл жаңалықты ашқан ғалымдар фьордқа түсіп кететін және ақырында Уиттиер қаласына соғатын 30 футтық толқынның басталатын қоқыс тауын қалдырған, тез кететін мұздың аумағын көрсетті. Бұл бұрын 1964 жылы болған жер сілкінісі кезінде болды, онда жер сілкінісі айналасындағы фьордтарда бірнеше цунами басталып, жағалауды қиратты, оның ішінде Уиттиер мен Вальдез бірнеше адам қайтыс болды. Вирустан сақ болған круиздік қайықтар бұл аймаққа жақындамауға шешім қабылдады және USFS жалға алынған барлық кабиналарға ақшаны қайтаруды ұсынды. Бір аптадан кейін біздің барлық ұялы телефондарымызға цунами туралы ескерту келді! Су астындағы маяк жағалаудағы шағын жер сілкінісімен байланысты толқынды анықтады. Барлық аймақтық қалаларға су жақын жерде болса, көшіру керектігін айтты. Ештеңе етпеді. Сіз бұл оқиғаларды қалай бағалайсыз? Бұл нұсқаулық мұхит биіктігін өлшеуге және LORA қабылдағышына немесе тікелей GSM -ге жіберуге қабілетті шағын датчиктердің құрылысын егжей -тегжейлі сипаттайды. Бұл қондырғылар ықшам және қоршаған ортаға төзімді болып көрінеді және күн сәулесімен жұмыс істейді. Мен оларды мұнда толқындардың биіктігіне жету үшін сынап көрдім, бірақ оларды толқын биіктігі мен цунамиді болжау үшін де қолдануға болады.

1 -қадам: материалдарыңызды жинаңыз

Мен жіберген екі жіберу блогы бар-біреуі GSM (ұялы телефон) жүктеуді, екіншісі LORA жүктеуді қамтиды. Сіз сондай -ақ Sat маякымен қарым -қатынас жасауды қарастыра аласыз, себебі бұл аймақтардың көпшілігінде ұялы телефон жоқ. Бұл құралдардың жүрегіндегі сенсор MS5803-14BA болып табылады және оны әр түрлі сценарийлерде қолдану мен құрастыруды мына веб-сайттардан табуға болады: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… және http:/ /owhl.org. Олардың екіншісінде толқын биіктігін ұзақ мерзімді өлшеуге арналған жеке реттелетін ПХД бар керемет жасалған қашықтан тіркеуші көрсетілген. Датчиктер қондырғыға байланысты бірнеше айдан бір жылға дейін суға төзімді болып көрінді.

1. MS5803-14BA-бұларды DigiKey-ден 13 долларға сатып алуға болады, бірақ сізге жер үсті дәнекерлеу жұмыстарын жүргізу немесе SparkFun-дан алдын ала дайындалған тақтаны алу қажет, бірақ ол сізді 60 долларға қайтарады. Егер сіз өз қолыңызбен жасасаңыз, онда сізге дәнекерлеу үшін кішкене Adafruit тақтасы мен төмен температуралы дәнекерлеу гелі (140F) қажет болады. Cavepearlproject-те оларды қалай дәнекерлеуге болатыны туралы керемет нұсқаулық бар-мен Amazon-дан 30 долларға арзан өңдеу станциясын алуды ұсынамын.

2. LILYGO 2 дана TTGO LORA32 868/915 МГц ESP32 LoRa-$ 27 бұл LORA қорабына арналған.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-бұл тамаша тақта. Ол голограмма симмен жақсы жұмыс істейді. Өкінішке орай, мен олардың Arduino Sim -ді көптеген қызметтерге қарамастан жаңа қызметімен жұмыс істей алмадым. Егер сізде әлі де 2GM қызметіне қол жетімді болса, сіз арзан нәрсемен жүре аласыз, бірақ бұл Аляскада сәтсіз аяқталды.

4. Күн ұяшықтары Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY жеңіл ойыншықтар үшін зарядтағыш 133mm x 73mm

5. 18650 батареясы $ 4

6. TP4056-зарядтағыш $ 1

7. Жасыл жарықдиодты сақинасы бар берік металлды қосу/өшіру қосқышы - 16 мм жасыл қосу/өшіру $ 5

8. Icstation 1S 3.7V литий -ионды аккумуляторлық кернеуді тексеруші индикаторы 4 секция Көк жарықдиодты дисплей $ 2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-тамаша уақытты өлшейтін құрылғы $ 6.00

10. N -арналы қуат MOSFET - 30V / 60A $ 1.75

11. SandboxElectronics X2 дифференциалды I2C ұзын кабельді ұзартқыш PCA9600 модулі (әрқайсысы 18 доллар) - әдебиетте I2C үшін ұзын кабельдермен, бірақ Аляскадағы күнделікті 25 футтық толқынмен сізге ұзын кабельдер қажет… Мен сыртқа жарамды 23 г 4 бұралған жұп кабельді қолдандым.

12. Adafruit BMP388 - Барометрлік дәлдік пен алтиметр 10 доллар

2 -қадам: сенсорларды жасаңыз

Датчиктер шағын ПХД -ға дәнекерленген болуы керек. Алдыңғы екі жұмыс сізге мұны қалай жасау керектігі туралы бірнеше кеңестер береді. Мен сенсорларды да, кішкентай тақталарды да Digikey -ден сатып алдым. Adafruit төмен температуралы дәнекерлегішті қолданыңыз және оны тақтаға қойған кезде сенсордың табанына жақын орналасқан ең аз мөлшерді сүртіңіз. Оны қайта еріту үшін қайта өңделген үрлегішті қолданыңыз. Мен мұны қолмен дәнекерлеу арқылы жақсы жасай алмадым және кейбір жастықшаларды қысқартып қойдым. Егер сіз сымдарды дұрыс тексерсеңіз, сымның қалған бөлігі оңай болады-қуат пен жер сымдарының арасына кішкене конденсаторды (0,1n) қойып, CS мен PSB сымдарын көтеріп, I2C қосады және сенсордың мекенжайын басқарады. (Суретті қараңыз) Сізде Lo үшін 0 X 76 Hi және 0 X 77 деген екі таңдау бар. Мен екеуін де сенсорлық таяқша жасау үшін қолдандым, сенсорлар бір аяқты бір -бірінен алшақ қойып, сіздің өлшеуіңіздің қысымының дифференциалын береді. Мен сенсорға мөлдір эпоксидпен толығымен қапталған болу үшін 3D басып шығарылған корпусты жасадым. Конус бекіткішінің аузы датчиктің тот баспайтын мойынына өте жақсы сәйкес келеді және герметикалық орналасуы оны ұстайтын және эпоксидті инкапсуляцияға арналған герметикалық желімнің кішкене сақинасымен орындалады.

3 -қадам: тұрғын үйді 3D басып шығару

GSM мен Lora екі негізгі корпусы күн панельдеріне арналған бүйірлік панельдік кірістірулермен бірдей. Лораның жалғыз модулі - бұл қондырғының диаметріне байланысты бұрғылау керек болатын антенна саңылауы. GSM антеннасы басқа қорапқа сәйкес келеді. Әрқайсысының басқару тақтасы батарея деңгейінің экранын қосу үшін ҚОСУ/ӨШІРУ түймесі мен түймешіктерімен бірдей. Аяқтар бөлек басып шығарылады және бұрыштардағы корпустарға жабыстырылады және монтаждаудың әр түрлі нұсқаларын ұсынады. Кішкене мұнара мен бұрандалы қақпақ microUSB қондырғысының саңылауының айналасына жабыстырылып, оны судың енуінен қорғайды. Құрылғы негізінен суға төзімді және жылуды бұрмалауды азайту үшін PETG-де басылған. Мен корпустағы 3 мм бұрандалар үшін негізгі корпуста жылу кірістірілген жезден бұрандалы бекітпелерді қолдандым. Датчиктерге арналған екі бекітуге арналған файлдар бар-бірінде екі сенсор бар, олардың бірінде екі аяғы орналасқан, олар люцит пластиктен жасалған таяқшаға бекітілген, ішкі жағында эпоксидталған және I2C «күшейткіш» қорабына бекітілген. Бұл таяқшада монтаждау опцияларын орналастыру үшін 3D форматында басылған екі тесік бар. Датчиктің басқа корпусы - бұл датчиктердің біреуі бұралған және оның артқы жағында эпоксидтендірілген I2C «күшейткіші» бар кескіш. Мұның бәрі PETG -де басылады. Қалған файлдар - бұл OLED үшін шағын терезесі бар Lora қабылдағыш блогының шағын корпусы.

4 -қадам: оны сыммен қосыңыз

Сенсорлар SDA, SCL, Pos және Gnd желілеріне параллель қосылады, барлығы төрт өткізгіштері бар бір бұралған кабельге қосылады. I2C күшейткіштерін қолдану өте оңай-сенсорлардың екеуін де кіріс желілеріне және бір типті қабылдағыш қондырғыға бекітілген 60 метрге дейінгі ұзын кабельге бекіту. Егер сіз ұзақ жүрсеңіз, тақталардағы тартылатын резисторларды өзгертуге тура келуі мүмкін. Қалғандарының қосылу схемалары жоғарыда. Схема Adafruit TPL5111-ге қуат беруді қосу/өшіру коммутаторы арқылы іске қосылады, ол әр 10 минут сайын Enable мүмкіндігін қосу үшін 57 Ом-ға орнатылады-сіз мұны деректерді беру жиілігіне аз немесе көп реттей аласыз. Бұл негізгі тақтадағы MOSFET -ті басқарады (Lora немесе Arduino 400 GSM). (Мен GSM және ESP32 сияқты тақталар TPL үшін өте үлкен қуат тартпасын таптым, егер сіз олармен MOSFET қолданбасаңыз …) Датчиктер мен BMP388 қуаты негізгі тақтадан қосылған кезде келеді: 3v. Тартылатын резисторлар I2C күшейткіштерінде орналасқан және бұл тізбектегі сенсорлар үшін сізге қажет емес. TP4056 зарядтау тақтасы екі күн батареясымен және 18650 аккумулятор батареясымен жақсы жұмыс істейді. Түймешік батареяның шығуын батарея деңгейінің шағын экранына қосады. Люцит таяқшасына бекітілген екі сенсор BMP388 (0 X 77) мекенжайын қосқанда екі қол жетімді адресті қолданады, сондықтан егер сіз екі су қысымы датчигін қолдансаңыз, BMP -ны SPI -мен негізгі тақталарға қосуыңыз керек. Егер сіз тек біреуін (шайбаны) қолдансаңыз, оны I2C -пен байланыстыра аласыз және BMP үшін қол жетімді қалған адресті (0 X 77) пайдалана аласыз.

5 -қадам: Оны құрастырыңыз

Мен бәрін мазақ ету үшін тақталарды қолдандым. TPL, BMP негізгі тақтасы барлығы бір тақтаға түсті. Ажыратқыштар резеңке ілмектермен орнына бекітілген. Зарядтағыш тақтасы microUSB -ды сыртқа қаратып басқару тақтасының тірегіне бекітіледі. Су қорғау мұнарасы алдыңғы жағына жабыстырылған және бұрандалы қақпақ жіптерге кремний майымен тығыздалған. Люцит таяқшасы 1/4 пластмассадан екі қабаттан кесілген, сенсорлар бір фут қашықтықта орнатылған. 3D басып шығарылған тесіктердің ұштары ұштарына қойылды, ал ортасында I2C күшейткіші бұрандалы болды, онда барлық сымдар қосылды. Шайба сенсоры 3D форматында басып шығарылды, күшейткіш ішіне эпоксидті түрде бекітіліп, бір сенсорға қосылды. Лора қондырғысының жоғарғы жағында антеннаны орналастыру үшін тесік бұрғыланды, ал сенсорлардың сымын орналастыру үшін әр құрылғының артқы жағында тесіктер орнатылды. Сымды орнына сығып алғаннан кейін сымға байлаңыз. Барлық сымдық қосылыстар теңіз жылуын қысқартады, содан кейін су қауіпсіздігі үшін сұйық электрлік таспамен боялады.

6 -қадам: Бағдарламалаңыз

Бағдарламада көп нәрсе жоқ. Ол сенсорлармен қамтамасыз етілген кітапханаларға сүйенеді-олар өте жақсы жұмыс істейді және Arduino тақтасына арналған GSM Blynk бағдарламалық жасақтамасының ғажайыбы, ол голограмма бұлтпен тамаша үйлеседі. Голограмма есептік жазбасына жазылыңыз және Arduino 400 GSM тақтасына салу үшін олардан SIM картасын алыңыз. Қол алысу процесін Blynk-GSM Arduino кітапханасы жүргізеді. Adafruit BMP үшін кітапхана жазды, мен MS5803 үшін SparkFun кітапханасын қолдандым. Қаласаңыз, екеуі де сенсорларыңыздан температураның шығуын қамтамасыз етеді. Бағдарламалық қамтамасыздандырылған түйреуіштер негізгі тақтадағы кез келген нәрсені қолдана алады. Мен Blynk бағдарламасын кездейсоқ жүктемеу үшін Blynk таймерін қолдандым. Сіз, әрине, GSM-голограмма сілтемесі арқылы енгізетін мәліметтердің мөлшеріне мұқият болуыңыз керек, немесе сіз аз ғана шотты жинай аласыз-онша көп емес-ол аптасына шамамен 3 Мб жұмсайтын, шамамен 40 цент. Мен қысымның үш өлшемін ғана жүктедім - су астынан 2 және корпустан (BMP). Бағдарламаның соңғы бөлігі - бұл деректердің тасымалданғанын көрсететін құрылғыдағы істікшені жоғары деңгейге көтеру арқылы TPL өшіру. Blynk қосымшасы әдеттегідей керемет және сіз кез келген шығыс экранын жасай аласыз, ал ең жақсы бөлігі - бұл сіздің деректер жинағыңызды кез келген уақытта электрондық пошта арқылы жүктеу мүмкіндігі.

Lora қондырғысы сол кітапханаларды пайдаланады және OLED қондырғысын пайдаланады (мен энергияны үнемдеу үшін жіберуші қондырғының бағдарламалық жасақтамасында өшірдім) және сіздің орналасқан жеріңіз үшін жиілікті орнатады. Содан кейін ол сенсордың көрсеткіштерін бір оқта жіберуге мүмкіндік беретін сепараторлармен деректер жолын құрады. Содан кейін ол өшіру үшін істелген түйреуішті іске қосады. Қабылдағыш блок сөзді бұзады және ақпаратты әрқашан WIFI сілтемесі арқылы Blynk қосымшасына жібереді. Қабылдағыш өте кішкентай және қабырғадағы сүйелге қосылады.

7 -қадам: оны қолдану

Кішкене сенсордың беті жоғарыдан барлық қысым күшін жоғары дәлдікпен қабылдайды-бұл барлық ауа мен су қысымын қамтиды. Мұхит биіктігіндегі толқындар мен мұхит үстіндегі дауылдан ауа қысымының өзгеруі сияқты үзіліссіз өзгерістер оған әсер етеді. Бұл жағдайға барометрлік қысым датчигін қосудың себебі (оның дұрыс оқылуына мүмкіндік беретін бірнеше кішкене ауа тесіктері бар екеніне көз жеткізіңіз). Екі сенсоры бар сенсорлық таяқша мұхитта тереңдікте бекітілген, ол әлі де төмен толқын кезінде сумен жабылады. Сенсорларды қандай тереңдікте орналастыру ерікті, себебі олар тек су бағанының биіктігінің абсолюттік биіктіктен жоғары емес өзгеруін өлшейді. Мен кірпішті сенсорлық таяқшаны түбінен бірнеше фут қашықтықта бекітуге арқан бекітілген якорь ретінде қолдандым. Таяқшаның жоғарғы полюсіне датчиктерді аяғынан тік бағытта ұстап тұру үшін қалқымалы бекітілген. Бұралған жұп сым мен арқан докқа апарды, онда олар толқынды экскурсияға бейімделу үшін байланған. GSM жіберуші қондырғы жақын орналасқан қайыққа орнатылды. Мониторинг бір айдан астам уақытқа созылды. Екі сенсор 28 бірлікпен бөлінген көрсеткіштерді берді, бұл сол жердегі бір фут су қысымының айырмашылығын білдіреді. Барометрлік қысым сенсордың төменгі деректерінен алынып, 28 -ге бөлініп, мұхит бетінің 10 минуттық кезеңдегі көтерілу мен құлдырауына тең болды. Жоғарыдағы диаграмма дәл сол кезеңдегі NOAA диаграммасымен салыстыруды береді. Нақты көтерілу мен түсу сенсоры/фокты қондырғының нақты қозғалысына тексерілді және 1/2 дюймге дәл екені анықталды. Тіпті жоғары энергия тұтынатын GSM әр он минут сайын жібереді, күн панельдері жаңбырлы орманның бұлыңғыр ортасында сұранысты қанағаттандырады.

8 -қадам: Толығырақ

Жоғарыда аталған дереккөздер бұл сенсорларды толқын биіктігін зерттеу үшін қолданды. Менің нәтижелерім толқындардың минималды белсенділігі бар тыныш айлақта болды, бірақ сіз бұл деректерді іріктеу жиілігін жоғарылату және нәтижелердің орташаланған орташалары арқылы алуға болады. Lora жүйесі жағалау бойындағы көптеген жерлер үшін толқындық ақпараттың торлы желісін беретін қашықтықта жақсы жұмыс істейді. Бұл серфингпен айналысатындар үшін өте қолайлы болар еді. Бұл тәуелсіз қондырғылардың төмен құны мен өте аз мөлшері жағалаудағы ақпараттарды алуды жеңілдетеді. Қазіргі уақытта ақпарат алу - бұл өте күрделі және инфрақұрылымға тәуелді үкіметтің қызметі, бірақ бұл балама құрылғыларды қолданумен өзгеруі мүмкін. Blynk енді маған келесі цунами туралы хабарлауға бағдарламаланған!