WetRuler - Mengukur Tinggi Laut: 8 Langkah (dengan Gambar)

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

Pengumuman dibuat pada awal musim panas ini bahawa kawasan di Alaska yang disebut Prince William Sound secara tiba-tiba akan dilanda oleh pemanasan global yang dimulakan Tsunami. Para saintis yang membuat penemuan itu menunjuk ke kawasan es yang mundur dengan cepat yang telah meninggalkan gunung puing yang akan tergelincir ke fjord dan memulakan gelombang 30 kaki yang akhirnya akan melanda kota Whittier. Ini pernah terjadi sebelumnya, semasa gempa bumi 1964 di mana gegaran menimbulkan banyak tsunami di fjord sekitarnya dan menghancurkan pantai termasuk Whittier dan Valdez dengan beberapa kematian. Kapal pesiar yang sudah waspada terhadap virus memutuskan untuk tidak mendekati kawasan itu dan USFS menawarkan bayaran balik untuk kabin yang telah disewa. Seminggu kemudian amaran Tsunami melanda semua telefon bimbit kami! Suara bawah laut telah mengesan gelombang yang berkaitan dengan gempa kecil di lepas pantai. Semua bandar wilayah diberitahu untuk berpindah jika berada dekat dengan air. Tidak ada apa-apa. Bagaimana anda mengukur peristiwa ini? Instructable ini memperincikan pembinaan sensor kecil yang dapat mengukur ketinggian lautan dan menghantar data ke penerima LORA atau terus ke GSM. Unit-unitnya padat dan nampaknya tahan terhadap persekitarannya dan dikendalikan oleh solar. Saya telah mengujinya di sini untuk mencapai ketinggian gelombang yang dapat dihasilkan semula tetapi ia juga dapat digunakan untuk ketinggian gelombang dan ramalan Tsunami.

Langkah 1: Kumpulkan Bahan Anda

Terdapat dua unit penghantaran yang saya bina - satu melibatkan muat naik GSM (telefon bimbit) dan satu lagi memuat naik LORA. Anda juga mungkin mempertimbangkan untuk berinteraksi dengan suar Sat kerana banyak kawasan ini tidak mempunyai liputan telefon bimbit. Sensor di inti instrumen ini adalah MS5803-14BA dan penggunaan dan pemasangannya dalam pelbagai senario boleh didapati di laman web ini: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… dan http: / /owhl.org. Yang kedua menunjukkan penebang jauh yang direka dengan cemerlang dengan PCB yang direka khas untuk pengukuran ketinggian gelombang jangka panjang. Sensor nampaknya bertolak ansur dengan air selama berbulan-bulan hingga setahun bergantung pada persediaan.

1. MS5803-14BA - anda boleh mendapatkannya dari DigiKey dengan harga $ 13 tetapi anda perlu melakukan kerja pematerian permukaan atau mendapatkan papan pemecah yang telah dibuat dari SparkFun tetapi ia akan menjadikan anda kembali $ 60. Sekiranya anda mengusahakannya, anda memerlukan papan Adafruit kecil untuk menyoldernya dan beberapa gel solder suhu rendah (140F) yang saya anggap berguna. Projek gua mempunyai tutorial yang bagus mengenai cara mengatasinya - saya cadangkan dapatkan stesen kerja semula dari Amazon dengan harga $ 30.

2. LILYGO 2pcs TTGO LORA32 868 / 915Mhz ESP32 LoRa - $ 27 ini adalah untuk kotak LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55 - ini adalah papan yang hebat. Ia berfungsi dengan sempurna dengan sim Hologram. Sayangnya saya tidak dapat menggunakan Arduino Sim mereka untuk bekerja dengan perkhidmatan baru mereka walaupun terdapat banyak percubaan. Sekiranya anda masih mempunyai akses ke perkhidmatan 2GM, anda boleh mendapatkan sesuatu yang lebih murah tetapi gagal sepenuhnya di Alaska.

4. Solar Cells Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY untuk Pengecas Mainan Ringan 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 Bateri $ 4

6. TP4056 - pengecas $ 1

7. Tukar Suis Hidup / Mati Logam Berkarat dengan Cincin LED Hijau - Hijau Hidup / Mati 16mm $ 5

8. Icstation 1S 3.7V Lithium Ion Battery Voltage Tester Indikator 4 Bahagian Paparan LED Biru $ 2

9. Adafruit TPL5111 Breakout Timer Rendah - peranti masa kecil yang cemerlang $ 6.00

10. MOSFET kuasa N-channel - 30V / 60A $ 1.75

11. Modul PCA9600 Extender Cable Long Extender I2C dari SandboxElectronics X2 ($ 18 setiap satu) - terdapat beberapa kejayaan yang disebut dengan kabel panjang untuk I2C dalam literatur tetapi dengan pasang surut 25 kaki setiap hari di Alaska, anda memerlukan kabel panjang… oh ya, ada kabel.. Saya menggunakan kotak besar 23 g 4 kabel pasangan berpintal yang sesuai untuk luar.

12. Adafruit BMP388 - Tekanan Barometrik Ketepatan dan Altimeter $ 10

Langkah 2: Bina Sensor

Sensor harus dipateri permukaan ke PCB kecil. Dua karya sebelumnya memberi anda beberapa petunjuk mengenai cara melakukannya. Saya membeli kedua-dua sensor dan papan kecil dari Digikey. Gunakan solder suhu rendah dari Adafruit dan sapukan jumlah terkecil yang berdekatan dengan kaki sensor semasa anda meletakkannya di papan. Gunakan peniup semula untuk mencairkannya ke tempatnya. Saya gagal melakukan ini dengan baik dengan penyediaan solder tangan saya dan akhirnya kekurangan beberapa pad. Pendawaian selebihnya jika anda memeriksa petunjuk arah anda dengan mudah - meletakkan kapasitor kecil (0.1n) di antara plag kuasa dan arde dan menaikkan petunjuk CS dan PSB Hi untuk memulakan I2C dan mengawal Alamat untuk sensor. (Lihat gambar) Anda mempunyai dua pilihan 0 X 76 Hi dan 0 X 77 untuk Lo. Saya menggunakan kedua-duanya untuk membentuk tongkat sensor dengan sensor diletakkan sejauh satu kaki untuk memberikan perbezaan tekanan dari apa sahaja ukuran anda. Saya merancang perumahan bercetak 3D untuk sensor untuk membolehkannya dikemas sepenuhnya dalam epoksi yang jelas. Mulut pelekap kon sangat sesuai dengan leher tahan karat kecil sensor dan penempatan tertutup dicapai dengan cincin superglue kecil yang menahannya dalam kedudukan dan menutupnya untuk enkapsulasi epoksi.

Langkah 3: Cetak 3D Perumahan Anda

Dua rumah utama untuk GSM dan Lora adalah sama dengan sisipan panel sisi untuk panel solar. Satu-satunya mod untuk Lora adalah lubang antena di bahagian atas yang harus digerudi bergantung pada diameter unit anda. Antena GSM sesuai di dalam kotak lain. Panel kawalan di masing-masing sama dengan lubang untuk ON / OFF dan tombol tekan untuk menghidupkan skrin tahap bateri. Kaki dicetak secara berasingan dan dilekatkan pada casing di sudut dan menyediakan pelbagai pilihan pemasangan. Turet kecil dan penutup skru dilekatkan di sekitar bukaan untuk pemasangan microUSB untuk melindunginya dari serangan air. Unit ini pada dasarnya tahan air dan dicetak dalam PETG untuk meminimumkan penyelewengan haba. Saya menggunakan pelekap skru tembaga inset haba di perumahan utama untuk skru 3mm dalam casing tersebut. Terdapat fail untuk dua pelekap untuk sensor - satu mempunyai dua sensor yang dipasang satu kaki terpisah pada tongkat plastik lucite dengan pelekap untuk kotak "booster" I2C dengan litar dipasang dan dilekatkan pada bahagian dalamnya. Tongkat ini juga mempunyai dua lubang cetak 3D untuk menampung pilihan pemasangan. Perumahan sensor yang lain adalah kepingan tunggal dengan salah satu sensor terpacak ke dalamnya dan potongan di bahagian belakang untuk "booster" I2C yang tersekat ke dalamnya. Semua ini dicetak dalam PETG. Fail yang tinggal adalah perumahan kecil untuk unit penerima Lora dengan tingkap kecil untuk OLED.

Langkah 4: Wire It

Sensor dikabelkan selari dengan garis SDA, garis SCL, Pos dan Gnd semuanya bergabung menjadi satu kabel berpintal dengan empat konduktor. Penguat I2C sangat mudah digunakan - memasang kedua-dua sensor ke saluran input dan kabel panjang antara 60 meter yang dipasang pada unit penerima jenis yang sama. Sekiranya anda pergi lebih lama, anda mungkin perlu menukar perintang penarik pada papan. Gambar rajah pendawaian untuk yang lain ada di atas. Litar ini berfungsi dengan suis hidup / mati yang menghantar kuasa ke Adafruit TPL5111 yang diatur untuk 57 ohm untuk menghidupkan tinggi setiap 10 minit - anda tentu saja dapat menyesuaikannya dengan frekuensi penghantaran data yang lebih sedikit atau lebih. Ini mengawal MOSFET di permukaan papan utama (sama ada Lora atau Arduino 400 GSM). (Saya dapati papan seperti GSM dan ESP32 mempunyai daya tarikan yang terlalu besar untuk TPL melainkan anda menggunakan MOSFET dengan mereka …) Kuasa untuk sensor dan BMP388 berasal dari papan utama apabila dihidupkan: 3v. Perintang penarik ada pada penggalak I2C dan anda tidak memerlukannya untuk sensor pada litar ini. Papan pengecasan TP4056 berfungsi dengan baik dengan dua panel solar dan bateri 18650 terpasang. Tombol tekan hanya menghubungkan output bateri ke skrin tahap bateri kecil. Dua sensor yang dipasang pada tongkat lucite menggunakan dua alamat yang tersedia termasuk alamat BMP388 (0 X 77) jadi anda mesti menyambungkan BMP dengan SPI ke papan utama jika anda menggunakan dua sensor tekanan air. Sekiranya anda hanya menggunakan satu (keping), anda boleh menyambungkannya dengan I2C dan menggunakan baki alamat yang tersedia (0 X 77) untuk BMP.

Langkah 5: Bina

Saya menggunakan papan perf untuk mengejek semuanya. Papan utama TPL, BMP semuanya berjalan dalam satu papan. Suis dipasang pada tempatnya dengan grommet getah mereka. Papan pengecas terpasang di bahagian luar plat muka kawalan dengan mikroUSB menghadap ke luar. Turet pelindung air dilekatkan ke depan dan penutup skru ditutup dengan sedikit minyak silikon pada benang. Tongkat lucit dipotong dari dua lapisan plastik 1/4 dengan sensor dipasang tepat satu kaki. Pemasangan lubang dicetak 3D diletakkan di hujungnya dan penggalak I2C disekat di tengah tempat semua sambungan wayar dibuat. Sensor puck dicetak 3D dan penggalaknya tersekat di dalam dan disambungkan ke satu sensor. Lubang digerudi di bahagian atas unit Lora untuk menampung antena dan lubang diletakkan di bahagian belakang setiap unit untuk menampung wayar dari sensor. Penahan wayar bercetak 3D disediakan. Zip mengikat wayar kepadanya setelah melekatkannya di tempatnya. Semua sambungan wayar menyusut panas laut dan kemudian dicat dengan pita elektrik cecair untuk keselamatan air.

Langkah 6: Programkannya

Tidak ada banyak program. Ia sangat bergantung pada perpustakaan yang disediakan untuk sensor --- yang berfungsi dengan sempurna dan keajaiban perisian GSM Blynk untuk papan Arduino yang sesuai dengan Hologram Cloud. Daftar untuk akaun Hologram dan dapatkan kad SIM dari mereka untuk diletakkan di papan GSM Arduino 400 anda. Proses berjabat tangan semuanya dikendalikan oleh perpustakaan Blynk - GSM Arduino. Adafruit menulis perpustakaan untuk BMP dan saya menggunakan perpustakaan SparkFun untuk MS5803. Kedua-duanya membekalkan output suhu dari sensor anda jika anda mahu. Pin penyesuaian perisian boleh menggunakan hampir semua perkara di papan utama. Saya menggunakan rutin pemasa Blynk agar tidak membebani aplikasi Blynk secara tidak sengaja. Anda tentu harus berhati-hati dengan jumlah data yang anda masukkan melalui pautan GSM-Hologram atau anda boleh mengeluarkan sedikit wang - tidak banyak - ia menggunakan kira-kira 3MB seminggu yang harganya sekitar 40 sen. Saya memuat naik hanya tiga ukuran tekanan - 2 dari bawah air dan satu dari casing (BMP). Bahagian terakhir program mematikan TPL dengan menaikkan ke HI pin yang sudah selesai pada unit yang mengatakan data telah dipindahkan. Aplikasi Blynk indah seperti biasa dan anda boleh merancang apa-apa skrin output yang anda mahukan dan bahagian terbaiknya ialah kemampuan memuat turun timbunan data anda melalui e-mel bila-bila masa yang anda mahukan.

Unit Lora menggunakan perpustakaan yang sama dan menggunakan unit OLED (saya mematikannya dalam perisian unit pengirim untuk menjimatkan tenaga) dan menetapkan frekuensi untuk lokasi tertentu anda. Ia kemudian membina rentetan data dengan pemisah yang membolehkannya menghantar bacaan sensor anda dalam satu tangkapan. Ia kemudian mengaktifkan pin selesai untuk ditutup. Unit penerima memecah perkataan dan menghantar maklumat tersebut ke aplikasi Blynk melalui pautan WIFI yang selalu ada. Penerima sangat kecil dan dipasang ke kutil dinding.

Langkah 7: Menggunakannya

Muka sensor kecil mengambil dengan ketepatan yang tinggi semua kekuatan tekanan di atasnya - ini termasuk semua tekanan udara dan air. Oleh itu, perubahan sekejap-sekejap ketinggian lautan - seperti gelombang dan perubahan tekanan udara dari ribut di atas lautan mempengaruhi semua itu. Itulah sebabnya memasukkan sensor Tekanan Barometrik dalam casing (pastikan anda menyediakan beberapa lubang udara kecil untuk membolehkannya membaca dengan betul). Tongkat sensor dengan dua sensor berlabuh di lautan pada kedalaman di mana ia masih akan diliputi oleh air walaupun pada saat air surut. Adalah sewenang-wenangnya sejauh mana anda meletakkan sensor kerana mereka hanya akan mengukur perubahan ketinggian lajur air di atas bukan ketinggian mutlak. Saya menggunakan bata sebagai sauh dengan tali yang dipasang untuk memasang tongkat sensor beberapa kaki dari bawah. Pelampung dipasang pada tiang atas tongkat untuk menahan sensor di kaki mereka berorientasi menegak. Kawat dan tali pasangan yang dipintal menuju ke dermaga di mana mereka diikat dengan banyak kendur untuk menampung perjalanan air pasang. Unit pengirim GSM dipasang di kapal berhampiran. Pemantauan dilakukan selama sebulan. Kedua-dua sensor memberikan bacaan yang dipisahkan secara konsisten oleh 28 unit yang mewakili perbezaan tekanan dalam satu kaki air di lokasi tersebut. Tekanan barometrik dikurangkan dari data sensor yang lebih rendah dan dibahagi dengan 28 untuk memberikan setara dengan kenaikan dan kejatuhan permukaan laut selama 10 minit. Carta di atas memberikan perbandingan dengan carta NOAA untuk tempoh tarikh yang sama. Sensor / kaki kenaikan dan kejatuhan sebenar diperiksa terhadap pergerakan kandang sebenar dan didapati tepat hingga 1/2 inci. Walaupun dengan penggunaan tenaga tinggi GSM menghantar setiap sepuluh minit panel solar dengan mudah memenuhi permintaan di persekitaran hutan hujan yang redup ini.

Langkah 8: Lagi

Penggunaan sebelumnya sensor ini oleh sumber yang telah disebutkan adalah untuk mengkaji ketinggian gelombang. Hasil saya adalah dari pelabuhan yang tenang dengan aktiviti gelombang yang digerakkan oleh angin yang minimum tetapi anda dapat menangkap data tersebut dengan meningkatkan frekuensi pengambilan sampel dan memperoleh rata-rata hasil. Sistem Lora berfungsi dengan baik pada jarak yang akan menyediakan rangkaian maklumat gelombang gelombang untuk beberapa lokasi di sepanjang pantai. Ini sangat sesuai bagi mereka yang berminat dalam aktiviti melayari. Kos yang rendah dan sangat kecil dari unit-unit bebas ini akan menjadikan maklumat dari pantai menjadi tugas yang mudah. Pengambilan maklumat pasang surut adalah aktiviti pemerintah yang sangat rumit dan bergantung kepada infrastruktur, tetapi ini mungkin berubah dengan penggunaan peranti alternatif. Blynk kini diprogramkan untuk memberitahu saya mengenai Tsunami yang akan datang!