Smart Buoy [Ringkasan]: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Kita semua suka di tepi laut. Sebagai kolektif, kami berpusu-pusu ke sana untuk bercuti, menikmati sukan air atau mencari nafkah. Tetapi pantai adalah kawasan yang dinamis di bawah gelombang. Naiknya permukaan laut menggigil di pantai dan kejadian ekstrem yang kuat seperti taufan merosakkannya sepenuhnya. Untuk memahami bagaimana menyelamatkan mereka, kita perlu memahami kekuatan yang mendorong perubahan mereka.

Penyelidikan itu mahal, tetapi jika anda dapat membuat instrumen yang murah dan berkesan, anda akan dapat menghasilkan lebih banyak data - akhirnya meningkatkan pemahaman. Inilah pemikiran di sebalik projek Smart Buoy kami. Dalam ringkasan ini, kami memberi anda jalan keluar cepat dari projek kami dan membahagikannya kepada reka bentuk, reka bentuk dan persembahan data. Oh pelampung, anda akan menyukai ini..!

Bekalan

Untuk membina Smart Buoy yang lengkap, anda memerlukan banyak barang. Kami akan mempunyai perincian bahan-bahan tertentu yang diperlukan untuk setiap peringkat pembinaan dalam tutorial yang berkaitan, tetapi berikut adalah senarai lengkap:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Bateri (18650) - Amazon
• Panel solar - Amazon
• Menyekat Diod - Amazon
• Pengawal caj - Amazon
• Buck booster - Amazon
• Modul GPS - Amazon
• GY-86 (pecutan, giroskop, barometer, kompas) - Amazon
• Sensor Suhu Air - Amazon
• Modul monitor kuasa - Amazon
• Modul jam masa nyata - Amazon
• Modul radio - Amazon
• Modul multiplexer i ^ 2c - Amazon
• Pencetak 3D - Amazon
• Filamen PETG - Amazon
• Epoksi - Amazon
• Cat semburan primer - Amazon
• Tali - Amazon
• Terapung - Amazon
• Gam - Amazon

Semua kod yang digunakan boleh didapati di

Langkah 1: Apa Yang Dilakukannya?

Sensor pada Smart Buoy memungkinkannya mengukur: ketinggian gelombang, tempoh gelombang, daya gelombang, suhu air, suhu udara, tekanan udara, voltan, penggunaan semasa dan lokasi GPS.

Dalam dunia yang ideal, ia juga akan mengukur arah gelombang. Berdasarkan ukuran yang dilakukan oleh Buoy, kami hampir menemui jalan penyelesaian yang membolehkan kami mengira arah gelombang. Namun, ternyata agak rumit dan ini adalah masalah besar dalam komuniti penyelidikan sebenar. Sekiranya ada orang di luar sana yang dapat membantu kami dan mencadangkan cara yang berkesan untuk mendapatkan pengukuran arah gelombang, beritahu kami - kami ingin memahami bagaimana kami dapat membuatnya berfungsi! Semua data yang dikumpulkan Buoy dihantar melalui radio ke stesen pangkalan, yang merupakan Raspberry Pi. Kami membuat papan pemuka untuk memaparkannya menggunakan Vue JS.

Langkah 2: Bina - Sarung Buoy

Pelampung ini mungkin merupakan perkara paling sukar yang telah kami cetak sejauh ini. Ada begitu banyak hal yang perlu dipertimbangkan kerana ia akan berada di laut, terdedah kepada unsur-unsur dan banyak cahaya matahari. Kami akan membincangkannya lebih lanjut dalam siri Smart Buoy.

Secara ringkas: kami mencetak sfera berongga hampir dalam dua bahagian. Separuh teratas mempunyai slot untuk panel suria dan lubang untuk melalui udara radio. Bahagian bawah mempunyai lubang untuk dilalui sensor suhu dan pemegang untuk tali yang diikat.

Setelah mencetak Buoy menggunakan filamen PETG, kami mengampelasnya, menyemburkan cat dengan beberapa bahan pengisi, dan kemudian meletakkan beberapa lapisan epoksi.

Setelah penyediaan shell selesai, kami memasukkan semua elektronik ke dalam dan kemudian menutup sensor suhu air, radio udara dan panel suria menggunakan pistol gam. Akhirnya, kami menutup kedua bahagian dengan gam / pelekat StixAll (gam kapal terbang super).

Dan kemudian kami berharap ia tahan air …

Langkah 3: Bina - Buoy Elektronik

Buoy mempunyai banyak sensor di dalamnya dan kami membincangkannya secara terperinci dalam tutorial yang berkaitan. Oleh kerana ini adalah ringkasan, kami akan terus menyimpan maklumat ini, tetapi ringkas!

Buoy dikuasakan oleh bateri 18650, yang dicas oleh empat, panel solar 5V. Hanya jam masa nyata yang sentiasa dihidupkan. Buoy menggunakan pin output jam masa nyata untuk mengawal transistor yang membolehkan kuasa memasuki sistem yang lain. Apabila sistem dihidupkan, ia dimulakan dengan mendapatkan pengukuran dari sensor - termasuk nilai voltan dari modul monitor kuasa. Nilai yang diberikan oleh modul monitor kuasa menentukan berapa lama sistem tidur sebelum mengambil set bacaan seterusnya. Penggera ditetapkan untuk masa ini, kemudian sistem mematikannya sendiri!

Sistem itu sendiri mempunyai banyak sensor dan modul radio yang disambungkan ke Arduino. Modul GY-86, RealTimeClock (RTC), modul Power Monitor, dan multiplexer I2C semuanya berkomunikasi dengan Arduino menggunakan I2C. Kami memerlukan multiplexer I2C diperlukan kerana modul GY-86 dan RTC yang kami gunakan kedua-duanya mempunyai alamat yang sama. Modul multiplexer membolehkan anda berkomunikasi tanpa kerumitan tambahan, walaupun mungkin sedikit berlebihan.

Modul radio berkomunikasi melalui SPI.

Pada asalnya, kami juga mempunyai modul kad SD, tetapi ini menyebabkan banyak masalah kerana ukuran perpustakaan SD sehingga kami memutuskan untuk membatalkannya.

Lihat kodnya. Anda mungkin mempunyai beberapa soalan - mungkin ada keraguan yang berlanjutan - dan kami akan senang mendengarnya. Tutorial mendalam merangkumi penjelasan kod, jadi mudah-mudahan ia akan menjadikannya lebih jelas!

Kami cuba memisahkan fail kod secara logik dan menggunakan fail utama untuk memasukkannya, yang nampaknya berfungsi dengan baik.

Langkah 4: Membina - Elektronik Stesen Pangkalan

Stesen pangkalan dibuat menggunakan Raspberry Pi Zero dengan modul radio terpasang. Kami mendapat selongsong dari https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Anda hebat, terima kasih banyak!

Setelah anda menjalankan kod di Arduino, sangat mudah untuk mendapatkan pengukuran pada Raspberry Pi dengan menjalankan kod listen_to_radio.py.

Langkah 5: Papan Pemuka

Untuk menunjukkan kepada anda bagaimana kita membuat keseluruhan dasbor akan menjadi sedikit Odyssey kerana ia adalah projek yang cukup panjang dan rumit. Sekiranya ada yang ingin mengetahui bagaimana kami melakukannya, beritahu kami - pemaju web T3ch Flicks akan lebih senang membuat tutorial mengenai perkara ini!

Sebaik sahaja anda meletakkan fail-fail ini ke Raspberry Pi, anda seharusnya dapat menjalankan pelayan dan melihat papan pemuka dengan data masuk. Atas sebab-sebab pengembangan dan untuk melihat bagaimana dash akan kelihatan jika ia dibekalkan oleh data biasa yang baik, kami menambah penjana data palsu ke pelayan. Jalankan jika anda ingin melihat seperti apa apabila anda mempunyai lebih banyak data. Kami juga akan menerangkannya secara terperinci dalam tutorial kemudian.

(Ingat anda boleh menemui semua kod di

Langkah 6: Versi 2 ?? - Masalah

Projek ini sama sekali tidak sempurna - kami lebih suka menganggapnya sebagai prototaip / bukti konsep. Walaupun prototaip berfungsi pada tahap asas: ia mengapung, mengambil ukuran dan dapat menyebarkannya, ada banyak yang telah kita pelajari dan akan berubah untuk versi dua:

1. Masalah terbesar kami adalah tidak dapat menukar kod untuk Buoy setelah menutupnya. Ini benar-benar sedikit pengawasan dan dapat diselesaikan dengan sangat berkesan dengan port USB yang ditutup dengan penutup getah. Akan tetapi, itu akan menambahkan lapisan kerumitan yang lain pada proses kalis air cetak 3D!
2. Algoritma yang kami gunakan jauh dari sempurna. Kaedah kami untuk menentukan sifat gelombang cukup kasar dan akhirnya kami menghabiskan banyak masa untuk membaca matematik untuk menggabungkan data sensor dari magnetometer, akselerometer, dan giroskop. Sekiranya seseorang di luar sana memahami perkara ini dan bersedia membantu, kami rasa kami dapat membuat pengukuran ini lebih tepat.
3. Sebilangan sensor bertindak sedikit pelik. Sensor suhu air adalah yang menonjol sebagai sangat cerdik - hampir 10 darjah keluar dari suhu sebenar pada masa-masa. Sebabnya ini mungkin hanya menjadi sensor yang buruk, atau ada yang memanaskannya …

Langkah 7: Versi 2 ?? - Penambahbaikan

Arduino bagus, tetapi seperti yang telah disebutkan sebelumnya, kami harus membuang modul kad SD (yang seharusnya menjadi sandaran data jika mesej radio tidak dapat dihantar) kerana masalah memori. Kita boleh mengubahnya menjadi mikrokontroler yang lebih kuat seperti Arduino Mega atau Teensy atau hanya menggunakan nol Raspberry Pi yang lain. Namun, ini akan meningkatkan kos dan penggunaan tenaga.

Modul radio yang kami gunakan mempunyai jarak terhad beberapa kilometer dengan jarak pandang langsung. Namun, dalam dunia hipotetis di mana kita dapat menempatkan (sangat) banyak Pelampung di sekitar pulau, kita dapat membentuk jaringan jaringan seperti ini. Terdapat begitu banyak kemungkinan untuk penghantaran data jarak jauh, termasuk lora, grsm. Sekiranya kita dapat menggunakan salah satu daripadanya, mungkin jaringan jaringan di sekitar pulau itu mungkin!

Langkah 8: Menggunakan Pelampung Pintar Kami untuk Penyelidikan

Kami membina dan melancarkan Buoy di Grenada, sebuah pulau kecil di selatan Caribbean. Semasa kami di luar sana, kami berbual dengan pemerintah Grenadia, yang mengatakan bahawa Smart Buoy seperti yang kami buat akan sangat membantu dalam memberikan pengukuran kuantitatif ciri-ciri lautan. Pengukuran automatik akan mengurangkan usaha manusia dan kesalahan manusia dan menyediakan konteks yang berguna untuk memahami perubahan pantai. Pemerintah juga menyarankan agar pengukuran angin juga menjadi ciri yang berguna untuk tujuan mereka. Tidak tahu bagaimana kita akan menguruskannya, jadi jika ada yang mempunyai idea …

Peringatan penting adalah bahawa walaupun ini adalah masa yang sangat menggembirakan untuk penyelidikan pesisir, terutama yang melibatkan teknologi, masih ada jalan yang panjang sebelum dapat digunakan sepenuhnya.

Terima kasih kerana membaca entri blog ringkasan siri Smart Buoy. Sekiranya anda belum melakukannya, lihat video ringkasan kami di YouTube.

Daftar ke Daftar Mel Kami!

Bahagian 1: Membuat Gelombang Dan Pengukuran Suhu

Bahagian 2: Radio NRF24 Radio dan Kad SD

Bahagian 3: Penjadualan Kuasa ke Pelampung

Bahagian 4: Menyebarkan Pelampung