WetRuler-Μέτρηση ύψους ωκεανού: 8 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Η ανακοίνωση ήρθε νωρίς αυτό το καλοκαίρι ότι η περιοχή στην Αλάσκα που ονομάζεται Prince William Sound θα πλήττεται απροσδόκητα από το τσουνάμι που προκάλεσε την υπερθέρμανση του πλανήτη. Οι επιστήμονες που έκαναν την ανακάλυψη έδειξαν μια περιοχή πάγου που υποχωρούσε γρήγορα που είχε αφήσει πίσω του ένα βουνό από συντρίμμια που θα γλιστρούσε σε ένα φιόρδ και θα ξεκινούσε ένα κύμα 30 ποδιών που θα έπληττε τελικά την πόλη Whittier. Αυτό συνέβη και στο παρελθόν, κατά τη διάρκεια του σεισμού του 1964, όπου οι σεισμοί προκάλεσαν πολλαπλά τσουνάμι στα γύρω φιόρδ και κατέστρεψαν τις ακτές, συμπεριλαμβανομένων των Whittier και Valdez με πολλούς θανάτους. Τα κρουαζιερόπλοια που ήταν ήδη επιφυλακτικά από τον ιό αποφάσισαν να μην πλησιάσουν την περιοχή και το USFS προσέφερε επιστροφή χρημάτων σε τυχόν καμπίνες που είχαν νοικιαστεί. Μια εβδομάδα αργότερα μια προειδοποίηση για τσουνάμι χτύπησε όλα τα κινητά μας τηλέφωνα! Ένας υποβρύχιος φάρος είχε εντοπίσει ένα κύμα που σχετίζεται με έναν μικρό σεισμό στα ανοικτά των ακτών. Όλες οι περιφερειακές πόλεις είπαν να εκκενωθούν εάν βρίσκονται κοντά στο νερό. Δεν κατέληξε στο τίποτα. Πώς μετράτε αυτά τα γεγονότα; Αυτό το Instructable αναφέρει λεπτομερώς την κατασκευή μικρών αισθητήρων που μπορούν να μετρήσουν το ύψος του ωκεανού και να στείλουν τα δεδομένα είτε σε δέκτη LORA είτε απευθείας στο GSM. Οι μονάδες είναι συμπαγείς και φαίνονται ανθεκτικές στο περιβάλλον τους και λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια. Τα έχω δοκιμάσει εδώ για να επιτύχουν αναπαραγώγιμα ύψη παλίρροιας, αλλά θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για ύψος κύματος και προβλέψεις για τσουνάμι.

Βήμα 1: Συγκεντρώστε τα υλικά σας

Υπάρχουν δύο μονάδες αποστολής που δημιούργησα-η μία περιλαμβάνει μεταφόρτωση GSM (κινητό τηλέφωνο) και η άλλη μεταφόρτωση LORA. Μπορείτε επίσης να εξετάσετε τη δυνατότητα διασύνδεσης με Sat beacon, καθώς πολλές από αυτές τις περιοχές δεν έχουν κάλυψη κινητού τηλεφώνου. Ο αισθητήρας στην καρδιά αυτών των οργάνων είναι ο MS5803-14BA και η χρήση και η συναρμολόγησή του σε διαφορετικά σενάρια μπορεί να βρεθεί σε αυτούς τους ιστότοπους: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…and http:/ /owhl.org. Το δεύτερο από αυτά παρουσιάζει ένα λαμπρά σχεδιασμένο απομακρυσμένο καταγραφικό με το δικό του προσαρμοσμένο σχεδιασμένο PCB για μακροπρόθεσμη μέτρηση του ύψους κύματος. Οι αισθητήρες φάνηκαν να είναι ανεκτικοί στο νερό για μήνες έως ένα χρόνο ανάλογα με τη ρύθμιση.

1. MS5803-14BA-μπορείτε να τα πάρετε από το DigiKey για $ 13, αλλά πρέπει να κάνετε κάποιες εργασίες συγκόλλησης επιφάνειας ή να πάρετε μια προκατασκευασμένη σανίδα από το SparkFun, αλλά θα σας επιστρέψει $ 60. Εάν το κάνετε μόνοι σας, θα χρειαστείτε μια μικρή σανίδα Adafruit για να την κολλήσετε και ένα ζελέ συγκόλλησης χαμηλής θερμοκρασίας (140F) που το βρήκα χρήσιμο. Το cavepearlproject έχει ένα εξαιρετικό σεμινάριο για το πώς να τα κολλήσετε με το χέρι-προτείνω να πάρετε έναν φθηνό σταθμό επεξεργασίας από την Amazon για $ 30.

2. LILYGO 2τμχ TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-$ 27 αυτά είναι για το κουτί LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-αυτός είναι ένας υπέροχος πίνακας. Λειτουργεί τέλεια με την sim Hologram. Δυστυχώς, δεν μπόρεσα να κάνω το Arduino Sim να συνεργαστεί με τη νέα υπηρεσία, παρά τις πολλές προσπάθειες. Εάν εξακολουθείτε να έχετε πρόσβαση στην υπηρεσία 2GM, μπορείτε να πάτε με κάτι φθηνότερο, αλλά αυτό απέτυχε εντελώς στην Αλάσκα.

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

5. Μπαταρία 18650 4 $

6. TP4056-φορτιστής 1 $

7. Διακόπτης Ενεργοποίηση/Απενεργοποίηση ανθεκτικού μετάλλου με πράσινο δακτύλιο LED - 16mm πράσινο On/Off 5 $

8. Icstation 1S 3.7V Δείκτης τάσης μπαταριών ιόντων λιθίου μπαταρίας 4 τμήματα Μπλε οθόνη LED 2 $

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-λαμπρή μικρή συσκευή χρονισμού $ 6,00

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

11. Διαφορικό I2C Long Cable Extender PCA9600 Module από το SandboxElectronics X2 ($ 18 το καθένα) - υπάρχει κάποια αναφερόμενη επιτυχία με μεγάλα καλώδια για I2C στη βιβλιογραφία, αλλά με καθημερινές παλίρροιες 25 ποδιών στην Αλάσκα χρειάζεστε μακριά καλώδια… ω, ναι κάποιο καλώδιο. Χρησιμοποίησα μεγάλο κουτί 23 g καλώδιο συστραμμένου ζεύγους κατάλληλο για εξωτερικό χώρο.

12. Adafruit BMP388 - Βαρομετρική πίεση ακριβείας και υψόμετρο 10 $

Βήμα 2: Δημιουργήστε τους αισθητήρες

Οι αισθητήρες πρέπει να κολληθούν επιφανειακά σε μικρά PCB. Οι δύο προηγούμενες εργασίες σας δίνουν μερικές συμβουλές για το πώς να το κάνετε. Αγόρασα τόσο τους αισθητήρες όσο και τους μικροσκοπικούς πίνακες από την Digikey. Χρησιμοποιήστε τη συγκόλληση χαμηλής θερμοκρασίας από το Adafruit και ταμπονάρετε μόνο την πιο μικρή ποσότητα δίπλα στα πόδια του αισθητήρα καθώς το τοποθετείτε στον πίνακα. Χρησιμοποιήστε ένα φυσητήρα για να το λιώσετε στη θέση του. Δεν κατάφερα να το κάνω καλά με τη ρύθμιση συγκόλλησης στο χέρι μου και κατέληξα να βραχυκυκλώσω μερικά από τα τακάκια. Η υπόλοιπη καλωδίωση αν ελέγξετε σωστά τους αγωγούς σας είναι εύκολη-βάζοντας έναν μικρό πυκνωτή (0,1n) ανάμεσα στους αγωγούς τροφοδοσίας και γείωσης και ανεβάζοντας τους αγωγούς CS και PSB Hi για να ξεκινήσετε το I2C και να ελέγξετε τη διεύθυνση για τον αισθητήρα. (Δείτε το σχέδιο) Έχετε δύο επιλογές 0 X 76 Hi και 0 X 77 για Lo. Χρησιμοποίησα και τα δύο για να σχηματίσω ένα ραβδί αισθητήρα με τους αισθητήρες τοποθετημένους το ένα πόδι μεταξύ τους για να δώσω τη διαφορά πίεσης σε ό, τι κι αν μετράτε. Σχεδίασα ένα περίβλημα τρισδιάστατης εκτύπωσης για τον αισθητήρα που θα του επέτρεπε να ενσωματωθεί πλήρως σε διαφανές εποξικό. Το στόμιο της βάσης του κώνου ταιριάζει απόλυτα στο μικροσκοπικό ανοξείδωτο λαιμό του αισθητήρα και η σφραγισμένη τοποθέτηση επιτυγχάνεται με ένα μικροσκοπικό δακτύλιο υπερκόλλας που το κρατά στη θέση του και το σφραγίζει για εποξειδική ενθυλάκωση.

Βήμα 3: Τρισδιάστατη εκτύπωση του σπιτιού σας

Τα δύο κύρια περιβλήματα για GSM και Lora είναι τα ίδια με ένθετα πλευρικών πάνελ για τους ηλιακούς συλλέκτες. Το μόνο mod για το Lora ήταν η τρύπα κεραίας στο επάνω μέρος που πρέπει να τρυπηθεί ανάλογα με τη διάμετρο της μονάδας σας. Η κεραία GSM χωράει μέσα στο άλλο κουτί. Ο πίνακας ελέγχου σε κάθε ένα είναι πανομοιότυπος με οπές για το ON/OFF και το κουμπί για ενεργοποίηση της οθόνης στάθμης της μπαταρίας. Τα πόδια εκτυπώνονται ξεχωριστά και είναι κολλημένα στις θήκες στις γωνίες και παρέχουν διάφορες επιλογές τοποθέτησης. Ο μικρός πύργος και το βιδωτό πώμα είναι κολλημένα γύρω από το άνοιγμα για τη βάση microUSB για να το προστατεύσουν από την εισβολή νερού. Η μονάδα είναι βασικά πολύ αδιάβροχη και τυπωμένη σε PETG για ελαχιστοποίηση της παραμόρφωσης της θερμότητας. Χρησιμοποίησα θερμοειδείς ορειχάλκινες βίδες στήριξης στο κύριο περίβλημα για βίδες 3mm στη θήκη. Υπάρχουν αρχεία για δύο βάσεις για τους αισθητήρες-ο ένας έχει δύο αισθητήρες τοποθετημένους σε απόσταση ενός ποδιού σε ράβδο από πλαστικό λουσιτών με βάση για το κουτί "ενισχυτή" I2C με το κύκλωμα τοποθετημένο και εποξειδωμένο στο εσωτερικό. Αυτό το ραβδί έχει επίσης δύο τρύπες 3D εκτύπωσης για να φιλοξενήσει τις επιλογές τοποθέτησης. Το άλλο περίβλημα του αισθητήρα είναι ένα μονό τσοκ με έναν από τους αισθητήρες βιδωμένο σε αυτό και μια εγκοπή στο πίσω μέρος για τον "ενισχυτή" I2C που έχει εποξειδωθεί σε αυτό. Όλα αυτά εκτυπώνονται σε PETG. Τα υπόλοιπα αρχεία είναι το μικροσκοπικό περίβλημα για τη μονάδα δέκτη Lora με μικρό παράθυρο για το OLED.

Βήμα 4: Σύρμα

Οι αισθητήρες είναι ενσύρματοι παράλληλα με τις γραμμές SDA, τις γραμμές SCL, τις Pos και Gnd όλες ενώνονται σε ένα στριμμένο καλώδιο με τέσσερις αγωγούς. Οι ενισχυτές I2C είναι πολύ εύχρηστοι-συνδέουν και τους δύο αισθητήρες στις γραμμές εισόδου και το παρεμβαλλόμενο μακρύ καλώδιο έως 60 μέτρα προσαρτημένο στον ίδιο τύπο μονάδας δέκτη. Αν πάτε περισσότερο ίσως χρειαστεί να αλλάξετε τις αντιστάσεις έλξης στις σανίδες. Τα διαγράμματα καλωδίωσης για τα υπόλοιπα είναι παραπάνω. Το κύκλωμα λειτουργεί με διακόπτη on/off που αποστέλλει ισχύ στο Adafruit TPL5111, το οποίο έχει ρυθμιστεί στα 57 ohms για να ενεργοποιήσει το Enable High κάθε 10 λεπτά-φυσικά μπορείτε να το ρυθμίσετε για λιγότερη ή περισσότερες συχνότητες μετάδοσης δεδομένων. Αυτό ελέγχει ένα MOSFET στο έδαφος του κεντρικού πίνακα (είτε Lora είτε το Arduino 400 GSM). (Έχω διαπιστώσει ότι οι πίνακες όπως το GSM και το ESP32 έχουν πολύ μεγάλη ισχύ για το TPL, εκτός εάν χρησιμοποιείτε MOSFET μαζί τους …) Η ισχύς για τους αισθητήρες και το BMP388 προέρχεται από την κεντρική πλακέτα όταν είναι ενεργοποιημένη: 3v. Οι αντιστάσεις έλξης βρίσκονται στους ενισχυτές I2C και δεν τους χρειάζεστε για τους αισθητήρες σε αυτό το κύκλωμα. Ο πίνακας φόρτισης TP4056 λειτουργεί τέλεια με τα δύο ηλιακά πάνελ και τη μπαταρία 18650 που είναι προσαρτημένη. Το κουμπί απλώς συνδέει την έξοδο της μπαταρίας με τη μικρή οθόνη στάθμης μπαταρίας. Οι δύο αισθητήρες που είναι προσαρτημένοι στο ραβδί λουκίτη χρησιμοποιούν τις δύο διαθέσιμες διευθύνσεις, συμπεριλαμβανομένης της διεύθυνσης του BMP388 (0 X 77), οπότε πρέπει να συνδέσετε το BMP με SPI στις κύριες πλακέτες εάν χρησιμοποιείτε δύο αισθητήρες πίεσης νερού. Εάν χρησιμοποιείτε μόνο ένα (το puck), μπορείτε να το συνδέσετε με I2C και να χρησιμοποιήσετε την υπόλοιπη διαθέσιμη διεύθυνση (0 X 77) για το BMP.

Βήμα 5: Δημιουργήστε το

Χρησιμοποίησα πίνακες perf για να χλευάσω τα πάντα. Ο κεντρικός πίνακας TPL, BMP πήγαν όλοι σε έναν πίνακα. Οι διακόπτες βιδώθηκαν στη θέση τους με τους λαστιχένιους βραχίονές τους. Η πλακέτα φορτιστή τοποθετείται στην πρόσοψη της πλάκας ελέγχου με το microUSB στραμμένο προς τα έξω. Ο πύργος προστασίας του νερού ήταν κολλημένος υπερβολικά στο μπροστινό μέρος και το βιδωτό πώμα σφραγίστηκε με λίγο γράσο πυριτίου στις κλωστές. Το ραβδί λουσίτη κόπηκε από δύο στρώματα πλαστικού 1/4 με τους αισθητήρες τοποθετημένους ακριβώς ένα πόδι μεταξύ τους. Οι βάσεις τρισδιάστατης εκτύπωσης τοποθετήθηκαν στα άκρα και ο ενισχυτής I2C βιδώθηκε στη μέση όπου έγιναν όλες οι συνδέσεις σύρματος. Ο αισθητήρας puck εκτυπώθηκε 3D και ο ενισχυτής εποξίστηκε εσωτερικά και συνδέθηκε με τον έναν αισθητήρα. Μια τρύπα άνοιξε στο πάνω μέρος της μονάδας Lora για να χωρέσει την κεραία και τοποθετήθηκαν οπές στο πίσω μέρος κάθε μονάδας για να χωρέσει το σύρμα από τους αισθητήρες. Παρέχεται τρισδιάστατη εκτύπωση σύρματος. Συνδέστε το καλώδιο με φερμουάρ αφού το κολλήσετε υπερβολικά στη θέση του. Όλες οι συνδέσεις σύρματος συρρικνώνονται και στη συνέχεια βάφονται με υγρή ηλεκτρική ταινία για ασφάλεια νερού.

Βήμα 6: Προγραμματίστε το

Πραγματικά δεν υπάρχουν πολλά στο πρόγραμμα. Βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στις βιβλιοθήκες που παρέχονται για τους αισθητήρες --- οι οποίες λειτουργούν τέλεια και το θαύμα του λογισμικού GSM Blynk για τον πίνακα Arduino που συνδυάζεται τέλεια με το σύννεφο ολογραμμάτων. Εγγραφείτε για λογαριασμό Ολογράμματος και λάβετε μια κάρτα SIM από αυτές για να την τοποθετήσετε στον πίνακα Arduino 400 GSM. Η διαδικασία χειραψίας χειρίζεται όλη η βιβλιοθήκη Blynk-GSM Arduino. Ο Adafruit έγραψε τη βιβλιοθήκη για το BMP και εγώ τη βιβλιοθήκη SparkFun για το MS5803. Και οι δύο παρέχουν εξόδους θερμοκρασίας από τους αισθητήρες σας, αν θέλετε. Οι καρφίτσες προσαρμοσμένες στο λογισμικό μπορούν να χρησιμοποιήσουν σχεδόν οτιδήποτε στον κεντρικό πίνακα. Χρησιμοποίησα τη ρουτίνα χρονοδιακόπτη Blynk για να μην υπερφορτώσω κατά λάθος την εφαρμογή Blynk. Φυσικά πρέπει να είστε προσεκτικοί με τον όγκο των δεδομένων που τοποθετείτε μέσω του συνδέσμου GSM-Hologram ή μπορείτε να δημιουργήσετε έναν μικρό λογαριασμό-όχι πολύ-που χρησιμοποιούσε περίπου 3MB την εβδομάδα, ο οποίος ανέρχεται σε περίπου 40 λεπτά. Ανέβαζα μόνο τις τρεις μετρήσεις πίεσης - 2 από υποβρύχια και μία από τη θήκη (BMP). Το τελευταίο μέρος του προγράμματος είναι να απενεργοποιήσετε το TPL ανεβάζοντας στο HI το ολοκληρωμένο pin στη μονάδα που λέει ότι τα δεδομένα μεταφέρθηκαν. Η εφαρμογή Blynk είναι υπέροχη όπως πάντα και μπορείτε να σχεδιάσετε όποιο είδος οθόνης εξόδου θέλετε και το καλύτερο μέρος είναι η δυνατότητα λήψης των σωρών δεδομένων σας μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου όποτε θέλετε.

Η μονάδα Lora χρησιμοποιεί τις ίδιες βιβλιοθήκες και χρησιμοποιεί μια μονάδα OLED (το απενεργοποίησα στο λογισμικό της μονάδας αποστολέα για εξοικονόμηση ενέργειας) και ορίζει τη συχνότητα για τη συγκεκριμένη τοποθεσία σας. Στη συνέχεια, δημιουργεί μια συμβολοσειρά δεδομένων με διαχωριστικά που της επιτρέπουν να στέλνει τις ενδείξεις του αισθητήρα σας με μία λήψη. Στη συνέχεια, ενεργοποιεί την τελική του καρφίτσα για να κλείσει. Η μονάδα δέκτη διασπά τη λέξη και στέλνει τις πληροφορίες στην εφαρμογή Blynk μέσω συνδέσμου WIFI πάντα σε σύνδεση. Ο δέκτης είναι απίστευτα μικρός και συνδέεται σε κονδυλώματα τοίχου.

Βήμα 7: Χρησιμοποιώντας το

Η μικροσκοπική όψη του αισθητήρα συλλέγει με υψηλό βαθμό ακρίβειας όλη τη δύναμη πίεσης πάνω της-αυτό περιλαμβάνει όλη την πίεση αέρα και νερού. Έτσι, οι περιοδικές αλλαγές στο ύψος των ωκεανών-όπως τα κύματα και οι αλλαγές στην πίεση του αέρα από καταιγίδες πάνω από τον ωκεανό, το επηρεάζουν. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο συμπεριλαμβάνεται ο αισθητήρας Βαρομετρικής Πίεσης στη θήκη (βεβαιωθείτε ότι έχετε παράσχει μερικές μικρές οπές αέρα για να διαβάσει σωστά). Το ραβδί αισθητήρα με τους δύο αισθητήρες είναι αγκυροβολημένο στον ωκεανό σε βάθος όπου θα καλύπτεται ακόμα από νερό ακόμη και σε παλίρροια. Είναι αυθαίρετο σε ποιο βάθος τοποθετείτε τους αισθητήρες καθώς θα μετρούν μόνο την αλλαγή στο ύψος της στήλης νερού πάνω από το απόλυτο ύψος. Χρησιμοποίησα ένα τούβλο ως άγκυρα με ένα σχοινί προσαρτημένο για να τοποθετήσω το ραβδί του αισθητήρα λίγα πόδια από το κάτω μέρος. Ένας πλωτήρας ήταν προσαρτημένος στον άνω πόλο του ραβδιού για να κρατήσει τους αισθητήρες στο πόδι τους εκτός από τον κάθετο προσανατολισμό. Το στριμμένο σύρμα ζεύγους και το σχοινί οδήγησαν σε μια αποβάθρα όπου ήταν δεμένα με πολλή χαλάρωση για να φιλοξενήσουν την εξόρμηση της παλίρροιας. Η μονάδα αποστολέα GSM τοποθετήθηκε σε ένα κοντινό σκάφος. Η παρακολούθηση πραγματοποιήθηκε σε διάστημα ενός μήνα. Οι δύο αισθητήρες έδωσαν μετρήσεις που διαχωρίζονταν σταθερά από 28 μονάδες, οι οποίες αντιπροσώπευαν τη διαφορά πίεσης σε ένα πόδι νερού στη συγκεκριμένη θέση. Η βαρομετρική πίεση αφαιρέθηκε από τα χαμηλότερα δεδομένα αισθητήρων και διαιρέθηκε με 28 για να δώσει ένα ισοδύναμο πόδι της ανόδου και της πτώσης της επιφάνειας του ωκεανού σε περιόδους 10 λεπτών. Το παραπάνω διάγραμμα δίνει τη σύγκριση με το διάγραμμα NOAA για την ίδια περίοδο ημερομηνίας. Ο πραγματικός αισθητήρας ανόδου και πτώσης/πόδια ελέγχθηκε με βάση την πραγματική κίνηση της αποβάθρας και βρέθηκε ότι είναι ακριβής σε 1/2 ίντσα. Ακόμη και με την υψηλή ενεργειακή χρήση του GSM μεταδίδει κάθε δέκα λεπτά, τα ηλιακά πάνελ ικανοποιούν εύκολα τη ζήτηση σε αυτό το αμυδρό περιβάλλον τροπικών δασών.

Βήμα 8: Περισσότερα

Οι προηγούμενες χρήσεις αυτών των αισθητήρων από τις πηγές που ήδη αναφέρθηκαν ήταν για τη μελέτη του ύψους κύματος. Τα αποτελέσματά μου προέρχονταν από ένα ήρεμο λιμάνι με ελάχιστη δραστηριότητα κύματος με άνεμο, αλλά μπορείτε να καταγράψετε αυτά τα δεδομένα αυξάνοντας τη συχνότητα δειγματοληψίας και έχοντας κυλιόμενους μέσους όρους των αποτελεσμάτων. Το σύστημα Lora λειτουργεί καλά σε αποστάσεις που θα παρέχουν ένα πλέγμα πληροφοριών κυμάτων για πολλαπλές τοποθεσίες κατά μήκος μιας ακτής. Αυτό θα ήταν ιδανικό για όσους ενδιαφέρονται για δραστηριότητες σερφ. Το χαμηλό κόστος και το πολύ μικρό μέγεθος αυτών των ανεξάρτητων μονάδων θα καθιστούσε εύκολη τη διαμόρφωση πληροφοριών από τις ακτές. Επί του παρόντος, η συλλογή πληροφοριών από παλίρροια είναι μια πολύ περίπλοκη και εξαρτώμενη από την υποδομή κυβερνητική δραστηριότητα, αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει με την υιοθέτηση εναλλακτικών συσκευών. Ο Blynk έχει προγραμματιστεί τώρα να με ειδοποιήσει για το επόμενο τσουνάμι!